WO2017174391A1 - Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system - Google Patents

Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system Download PDF

Info

Publication number
WO2017174391A1
WO2017174391A1 PCT/EP2017/057227 EP2017057227W WO2017174391A1 WO 2017174391 A1 WO2017174391 A1 WO 2017174391A1 EP 2017057227 W EP2017057227 W EP 2017057227W WO 2017174391 A1 WO2017174391 A1 WO 2017174391A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
test
test head
probe
transmitter
width
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/057227
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Schmeisser
Michael Kronenbitter
Original Assignee
Institut Dr. Foerster Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Dr. Foerster Gmbh & Co. Kg filed Critical Institut Dr. Foerster Gmbh & Co. Kg
Priority to JP2018552191A priority Critical patent/JP7122973B2/en
Priority to EP17714181.9A priority patent/EP3440458A1/en
Priority to KR1020187031830A priority patent/KR102339444B1/en
Priority to CN201780034635.5A priority patent/CN109196349A/en
Priority to RU2018136368A priority patent/RU2732102C2/en
Publication of WO2017174391A1 publication Critical patent/WO2017174391A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/225Supports, positioning or alignment in moving situation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2437Piezoelectric probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/27Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the material relative to a stationary sensor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023Solids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/105Number of transducers two or more emitters, two or more receivers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/106Number of transducers one or more transducer arrays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/263Surfaces

Definitions

  • the invention relates to a test head for an ultrasonic testing system for non-destructive material testing with relative movement of a test object relative to the test head along a test direction.
  • the ultrasonic test is an acoustic method for finding material defects, so-called discontinuities, as well as for determining component dimensions by means of ultrasound. It belongs to the nondestructive testing methods.
  • non-destructive material testing with ultrasound US
  • the sound is transmitted via a coupling medium, eg. B. a liquid layer, transferred from the probe to the DUT.
  • the transmission of the ultrasound waves carrying the information about the state of the test specimen from the test specimen to the receiving test head generally also takes place via the same coupling medium.
  • Test head is here understood to mean the handling unit in which one or more ultrasonic transducers are installed.
  • the ultrasonic transducer itself is the element that converts the electrical signal into a sound signal (acoustic signal) or a sound signal into an electrical signal. Most of the sound-emitting and sound-receiving ultrasonic transducers are combined in a probe. If it concerns separate transmitters and receivers, one also speaks of transceiver probes or SE probes. These are e.g. then preferred when a high Nahaufsansshunt is required. If you send and receive with the same ultrasonic transducer, you are talking about pulse echo probes.
  • Transceiver probes are used, for example, in the ultrasonic testing of heavy plates. These typically have typical widths of 1 m to 5 m, typical lengths of 3 m to 30 m and typical thicknesses of 5 mm to 150 mm.
  • SE probes Transceiver probes
  • a known four-way split transmitter-receiver probe has within a rectangular in cross-section für für ezunosus a row with four immediately adjacent receiver elements and a single transmitter element which extends over the entire covered by the receiver elements width.
  • reference errors of class FBH-3 Feat Bottom Hole with 3 mm diameter
  • FBH-2 or FBH-1, 2 with high reliability detect.
  • the published patent application DE 195 33 466 A1 discloses an ultrasonic test head for non-destructive material testing, which has a plurality of pulse-echo ultrasonic transducers which are arranged with their transmitting / receiving surfaces in a first plane in at least two parallel rows from each other by a gap offset from one another in that each gap between ultrasonic transducers in a row is covered by an ultrasonic transducer of another row.
  • the published patent application DE 34 42 751 A1 discloses an ultrasonic testing system for sheets with several adjustable to the sheet probes, which are provided in rows transversely to the conveying direction of the sheet and in the conveying direction in several rows in a row with overlap.
  • Each probe has a transmitter and a receiver.
  • the published patent application DE 196 42 072 A1 discloses composite probe devices having a plurality of local oscillators arranged in a zigzag manner on both sides of a common transmitter oscillator.
  • the transmitting and receiving oscillators are constructed with a common piezoelectric plate, with one of their electrodes being subjected to a division.
  • the local oscillators of different rows partially overlap in the lateral direction, so that a complete test over the entire length covered by the transmitter oscillator is possible.
  • the published patent application DE 10 2008 002 859 A1 discloses a device for non-destructive testing of flat objects by means of ultrasound, the device using matrix phased array probes.
  • the invention provides a test head with the features of claim 1.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • the test head has a test head housing which defines a longitudinal direction and a transverse direction orthogonal thereto.
  • the longitudinal direction is that direction which is aligned during operation as parallel as possible to the test direction.
  • the transverse direction is perpendicular to the longitudinal direction and thus in test mode as perpendicular as possible to the test direction.
  • the test head has a plurality of transceiver units, so that it is an ultrasonic Mehrfachprüfkopf.
  • Each of the transceiver units has a transmitter element and an associated receiver element.
  • an effective test width is defined in the transverse direction in such a way that a test track with the effective test width can be tested during relative movement of the test object relative to the test head along the test direction by the transceiver.
  • the effective test width is usually somewhat smaller than the physical extension of the transceiver unit in the transverse direction, since the sensitivity of the transceiver unit usually drops sharply near the lateral ends, so that effectively only a slightly smaller test width can be used.
  • the transceiver units are arranged in at least two rows lying one behind the other in the longitudinal direction, which each extend in the transverse direction. Transceiver units of different rows are offset from one another in the transverse direction in such a way that receiver elements of mutually offset transceiver units overlap one another in an overlapping area in such a way that the entirety of the transceiver units covers an effective test head test width without any gaps. All transceiver units are arranged in the test head housing.
  • all transmitter elements are electrically connected to a common transmitter connection element of the probe.
  • the transmitter elements are so electrically connected to each other and can be easily controlled synchronously by a common signal.
  • the synchronicity of the transmission signals is thus already given by the test head structure and does not have to be ensured by complicated electronics.
  • the transceiver units are preferably arranged in exactly two consecutive rows in the longitudinal direction ,
  • the geometric arrangement of the transceiver units within the abstractkopfgenosuses is usually determined by means of support elements and permanently fixed spatially by introducing a suitable potting compound, such as an epoxy resin, and protected against ingress of the coupling agent.
  • the relative arrangement of the transceiver units can be precisely fixed to one another already during the production of the test head, so that the adjustment of the coupling gap for all transceiver units when the test head is installed in the test head holder can be done together quickly and accurately. This ensures a direct comparability of the signal amplitudes of reference errors of all transceiver units of the probe.
  • the overlap regions have a width of at least 10% of the effective test width of the individual transceiver units, wherein the width of the overlap regions is preferably in the range of 20% to 30% of the effective test width.
  • the arrangement is selected such that there is a spacing between a number of adjacent transceiver units which is more than 30% or more than 50% of the effective test width of a transceiver unit.
  • the transmitter elements and the receiver elements preferably each have a e.g. rectangular plate of piezoelectric material, which acts as a sound-emitting ultrasonic transducer at the transmitter element and as a sound-receiving ultrasonic transducer at the receiver element.
  • These plates are separate elements, which are each provided with electrical contacts.
  • these plates or plates are inclined relative to each other, so that there is a mirror-symmetrical trained to a parting plane roof shape.
  • the parting plane extends in the transverse direction.
  • a roof angle may e.g. 6 °, but possibly also more or less.
  • a partition of an ultrasonic damping material located in the parting plane (plane of symmetry of the roof assembly) between the ultrasonic transducers.
  • This is used, inter alia, the acoustic decoupling of transmitter element and receiver element of a transceiver unit, so that the sound transmission can be done only indirectly via the coupled in the test operation specimen material.
  • the partition can also serve the electrical decoupling of the ultrasonic transducer on the transmitting side and the receiving side.
  • Advantages of the new concept can already be utilized if only two transceiver units are offset transversely relative to one another within the test head housing and are or are arranged longitudinally in two different rows. Much more transceiver units can also be integrated, for example five to ten transceiver units.
  • transceiver units are arranged in the strigkopfgeophuse, wherein a first and a third transceiver adjacent to each other in a first row and a second transceiver symmetrically offset to the gap first and third transceiver unit is arranged in a second row. If four transceiver units are provided, the fourth transceiver unit is preferably arranged in the second row with transverse spacing from the second transceiver unit. An optionally present fifth transceiver unit can be arranged in the first row.
  • the individual signal amplitude of a receiver is higher for a given size error, the smaller the effective test width or the larger the ratio between the defect size and the effective test width.
  • a higher number of transceiver units e.g. six to ten or more, be favorable in terms of large signal amplitudes.
  • the number of transceiver units also increases the technological outlay for the correctly positioned accommodation and the corresponding test electronics and the evaluation.
  • the transceiver units arranged in different rows can all have the same orientation of their transmitter elements and receiver elements with respect to the longitudinal direction or test direction. For example, all transmitter units can radiate in the same direction obliquely forward or obliquely backwards (viewed in the test direction).
  • the test head housing so that the mutually offset transceiver units each have adapted subsections of the test head housing into which they can be fitted. This could lead to a complex outer contour of the educaticiangeophuses with corners and inner angles.
  • the educaticiangeophuse has a rectangular cross-sectional shape.
  • the test head housing may be sized and shaped to conform to the test head housings of conventional multi-split multiple oscillators in cross-sectional shape and dimension so that probes according to the claimed invention can readily be replaced in exchange for conventional multi-split multiple oscillators. It would also be possible to electrically connect some receiver elements or all receiver elements and connect them to a common receiver connection element. Preferably, however, it is provided that each of the receiver elements is electrically connected to a separate receiver connection element of the probe. Thus, an accurate assignment of individual error signals to a location or a narrow test track in the transverse direction is possible, whereby the localizability of errors in the transverse direction can be refined.
  • the transmitter connection element and the receiver connection elements can be housed in a common connector housing, so that the electrical connection of the probe after mounting in the probe holder is very easy and possibly also requires the use in existing test systems no adaptation of the wiring.
  • a partition wall made of an ultrasonic damping material, such as cork, foam or the like.
  • at least one partition made of an ultrasound-damping material for example cork, is arranged between transceiver units which are adjacent in a row.
  • crosstalk in the transverse direction can be reduced or avoided.
  • two or more transceivers are arranged side-by-side in a row, they may have a common divider which encloses the transmitter elements and the receiver elements of the transceivers. Receiving units acoustically decoupled from each other. As a result, the production costs for the acoustic decoupling can be reduced.
  • each transceiver unit can be assigned a damping body, which is located opposite that side of the test head which is to be brought into sound-conducting contact with the test object surface.
  • the test head housing preferably has a single damping body, which acts as a damping body of all transceiver units.
  • the invention also relates to an ultrasonic testing system for non-destructive testing of a test piece under relative movement of the test piece relative to the test head along a test direction, wherein the ultrasonic test system has one or more of the test heads according to the invention.
  • the ultrasonic testing system may in particular be an ultrasonic heavy plate testing system.
  • Fig. 1 shows an ultrasonic probe according to an embodiment of the invention in a plan view from the active side of the probe;
  • Fig. 2 shows a sectional view of the test head of Figure 1 in an installed state within a fürkopfhalters.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of an embodiment with another arrangement of sound-insulating partitions
  • Fig. 4 shows a schematic plan view of a further embodiment with another arrangement of sound-insulating partitions
  • FIG. 5 shows a sectional view of a variant of the embodiment shown in FIG. 2 with a different sequence of transmitter elements and receiver elements. Detailed description of the embodiments
  • the schematic Fig. 1 shows a test head 100 according to an embodiment of the invention in a plan view of the active side of the probe, so that side with which the probe is brought into the vicinity of the surface of a test specimen to be tested.
  • Fig. 2 shows a sectional view.
  • the test head is intended for use in a fully automatic ultrasonic heavy plate test system in which a plurality of nominally identical probes are used.
  • the test head preferably operates at a nominal frequency of about 4 or 5 MHz and combines in the example three sound-emitting and three sound-receiving ultrasonic transducers, so that it is a transceiver probe (SE probe).
  • SE probe transceiver probe
  • the test head has a preferably milled metallic für Kirgepur 1 10, which has a substantially rectangular cross-sectional shape in the plane of Fig. 1, wherein the width in the transverse direction Q is more than twice as long as the length in the longitudinal direction L. In the example, the case Width in transverse direction about 65 mm, while the perpendicular measured length is about 24 mm to 25 mm.
  • the test head housing On the side of the active surface 120, the test head housing is open (see Fig. 2). At the back of the active surface opposite the test head housing is closed except for passages for electrical lines.
  • the test head 100 is used when setting up the test facility in a probe holder 200, which is fastened together with a plurality of nominally identical probe holder on a surface test car of the test system.
  • the probe holder 200 carries on its side facing the specimen 290 a so-called wear sole 210 in the form of a solid plate made of a wear-resistant material, such as stainless steel with carbide inserts and / or a hardened steel material.
  • the test head holders are delivered in the direction of the test piece 290 so that the wear soles come into contact with the test piece surface 292 and slide thereon as the test piece moves in the test direction 295 relative to the test head holder.
  • test head is installed in the test head holder such that the longitudinal direction L of the test head runs as parallel as possible to the test direction 295.
  • the orthogonal to the longitudinal direction and transverse direction extending high direction H is then as perpendicular as possible to the specimen surface.
  • Typical test speeds in test mode after adjusting all test head holders are usually e.g. be between 0.5 m / s and 1 m / s.
  • the wear sole 210 has a rectangular cutout or a recess 215, which extends from the contact surface 212 to the inside goes through and in the longitudinal direction L and transverse direction Q is dimensioned so that the test head 100 can be introduced with a small side clearance from the interior of the probe holder into the recess.
  • a support plate 220 At the rear end of the test head, ie on the side facing away from the active surface 120, there is a support plate 220, which serves for the attachment and vertical alignment of the test head in the test head holder 200.
  • a so-called coupling gap SP as constant thickness over the width of the probe remains ,
  • the thickness D is often on the order of about 0.25 mm to 0.35 mm.
  • this gap fills with the coupling fluid, usually water.
  • the exact, not wedge-shaped adjustment of the coupling gap, in particular in the longitudinal direction is an essential prerequisite for reliable ultrasonic testing.
  • the test head 100 is designed to have a relatively uniform high sensitivity over its entire effective test head width PKPB without major local delays in sensitivity.
  • three nominally identical transceiver units are arranged in the housing interior enclosed by the test head housing in the example case, namely a first transceiver unit 150-1, a second transceiver unit 150-2 and a third transceiver unit 150-3.
  • Each of the transceiver units comprises a single transmitter element T1, T2 or T3 and a single, the transmitter element associated receiver element R1, R2, R3.
  • the transmitter elements and the receiver elements each have a thin rectangular plate of piezoelectric material, which acts as a sound emitting ultrasonic transducer at the transmitter element and as a sound-receiving ultrasonic transducer at the receiver element. Contacts on the front and back are present, but not shown.
  • the rectangular plates extend parallel to each other in the transverse direction Q and are inclined relative to each other, so that there is a mirror-symmetrical trained to a parting plane roof shape, eg with a roof angle of, for example, 6 °. ( Figure 2).
  • a partition wall 152-1 made of an ultrasound-damping material.
  • the partition wall which is preferably made of a cork material, serves for the acoustic decoupling of transmitter element and receiver element of a transceiver unit, so that the sound transmission can take place only indirectly via the test object material coupled in the test mode.
  • the partition also serves the electrical decoupling of the ultrasonic transducer on the transmitting side and the receiving side.
  • the sequence of transmitter element and receiver element of a transceiver unit in the test direction can also be the reverse of the illustrated sequence. Examples are explained in connection with FIG. 5
  • a single damping body 260 is inserted in the interior of the rear-side closed test head housing 110, which serves as rear-side sound damping for all transceiver units.
  • the free volumes of the housing interior between the transmitter elements, the receiver elements and partitions is filled up to the level of the active surface 120 with a potting compound made of plastic, so that the electrically operated elements of the probe are sealed watertight.
  • Each of the transceiver units has a transversely measured effective width PB1, etc. which is slightly (about 10% to 20%) less than the physical extent of the transmitter element T1 and the transceiver element R1 in the transverse direction.
  • Figure 1 shows a curve E1 representing a typical signal amplitude curve over the length of the element measured in transverse direction Q with respect to a reference error FBH-2.
  • the signal amplitude is a measure of the sensitivity. Characteristic of this sensitivity curve is a relatively broad plateau of relatively high recoverable signal amplitude symmetrical to the center of the transceiver with a flat local sensitivity drop in the center of the element, two local maxima M1, M2 closer to the outer edges of the element, and a steep decrease in sensitivity close to the ends in the transverse direction.
  • the effective check width PB1 may, for example, be defined to denote that region in which the signal amplitude is reduced by e.g.
  • the other transceiver units have respective effective test widths PB2, PB3.
  • the effective test widths may be e.g. at 20 mm or more.
  • the transceiver units are arranged relative to one another such that their effective test widths and the three transversal scan tracks sensed by the transceiver units partially overlap so that scanning across the entire test head test width can be done with high sensitivity.
  • the transceiver units are arranged in two straight rows 155-1, 155-2 arranged one behind the other in the longitudinal direction L, each extending in the transverse direction Q.
  • the first transceiver 152-1 and the third transceiver 152-3 are in the first row 155-1 at a mutual distance DQ in the transverse direction Q mounted so that the dividing planes between the respective transmitter elements T1, T3 and the receiver elements R1, R3 coincide or aligned.
  • the distance DQ measured in the transverse direction Q between the two transceiver units of the same row is between 40% and 60% of the respective width of the transceiver units in this direction.
  • the second transceiver unit 150-2 is arranged in the second row 155-2, that is offset in the longitudinal direction relative to the first and third transceiver unit.
  • the second transceiver unit is located symmetrically to the other transceiver units so that the gap between the transceiver units of the first row is completely covered.
  • the second transceiver unit 152-2 extends on both sides in the transverse direction so far that an outer portion in the longitudinal direction is behind an outer portion of the transceiver units located in the first row.
  • the transceiver units of different rows (first row, second row) in the transverse direction Q are offset from one another in such a way that the receiver elements of staggered transceiver units and also the test tracks scanned by these transceiver units in an overlap area U 1 -2 or U2-3 overlap so that the entirety of the transceiver covers the effective scholarkopf- check width PKPB gapless and without significant sensitivity drop.
  • the width of the overlapping areas U 1 -2 and U2-3 measured in the transverse direction Q is approximately 15% to 20% of the effective test width PB1, PB2, PB3 of the individual transceiver units.
  • FIG. 1 clearly shows that all transmitter elements T1, T2 and T3 of the test head 100 are connected to a common transmitter connection element AT of the test head. From each receiver element R1, R2 and R3, a separate electrical line leads to a separate receiver connection element AR1, AR2, AR3.
  • the transmitter terminal AT and the receiver terminals AR1, AR2 and AR3 are housed in a common plug housing (multiple plug), so that the probe can be conveniently connected to the ultrasonic electronics of the ultrasonic inspection system by connecting to the corresponding socket.
  • Each transceiver has its own partition 152-1 between transmitter element and receiver element.
  • the partitions are not connected to each other.
  • the production can be simplified.
  • partitions are arranged on the mutually facing sides of the transceiver units of the first row, so that a possible crosstalk within the probe is even better suppressed than in embodiments without such partitions.
  • the transmitter elements T1, T2, etc. of the various transceiver units are each arranged such that all transmitter elements lie in a mutually parallel, obliquely opposite to the LQ plane planes, so that all transmitter elements of in Longitudinal L L consecutive rows due to the inclination in the same direction radiate.
  • the emission direction of the three transmitter elements T1, T2 and T3 of the embodiment of FIG. 1 would therefore radiate obliquely forward in this direction when the probe is moving in the longitudinal direction L (upward in FIG. 1).
  • FIG. 5 shows a variant of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in a sectional view analogous to FIG. 2.
  • the same reference numerals will be used.
  • the transmitter elements T1 and T2 of the mutually parallel rows one behind the other transceiver units are not in mutually parallel planes, but are placed obliquely against each other.
  • the receiver elements R1, R2. As a result, it is achieved, inter alia, that the transmitter elements T1, T2 of the transceiver units in the longitudinal direction immediately following one another are remote from the sound-radiating surfaces and adjoin one another in each case in the overlapping regions.
  • the main radiation directions are oriented so that the transmitter elements transmit the ultrasound from inside to outside.
  • the main emission directions thus have opposite components in the longitudinal direction. This can be compared to the z. B. shown in Fig. 1, a further improved acoustic decoupling of lying in different rows transmitter elements can be achieved.
  • the transmitter elements can thus at the two-row arrangements each, seen in the longitudinal direction, be arranged in the central region of the probe and sound due to their inclination due to the roof angle to both sides to the outside (in the longitudinal direction).
  • FIGS. 3 and 4 Corresponding modifications are also possible in the embodiments of FIGS. 3 and 4.
  • the arrangement of transmitter elements T2 and receiver elements R2 can be exchanged so that the transmitter element T2 directly adjoins the transmitter elements T1 and T3 of the two transmitter-receiver units of the other row.
  • a corresponding modification may be provided, so that the transmitter element T2 is directly adjacent to the partition wall 442, while the receiver element R2 is externally, d. H. near the probe housing.
  • the ultrasonic test is based on the fact that sound waves propagate at different speeds in different media. They are partially reflected at interfaces of different wave impedance. As the difference in the wave impedance increases, so does the reflected component. Changes in the acoustic properties at interfaces in the region of a defect or defect in the interior of the test specimen to be tested reflect the sound pulse emitted by the transmitter element and send it to the receiver element in the test head. As errors (or discontinuities) come e.g. Voids (cavities), inclusions, cracks or other separations in the structure into consideration.
  • the pulse-echo method the elapsed time between transmission and reception is measured. Based on the measured time difference, a signal can be generated.
  • This signal can be used to determine the location of a discontinuity and the size of the fault or discontinuity by comparing it to a replacement reflector (eg a flat bottom hole (FBH), a groove or a transverse bore) , related to the candidate and documented in various ways, immediately or later.
  • a replacement reflector eg a flat bottom hole (FBH), a groove or a transverse bore

Abstract

The invention relates to a probe (100) for an ultrasonic inspection system for nondestructive material inspection during movement of a test object relative to the probe in an inspection direction, comprising a probe housing (110), which defines a longitudinal direction (L) in the inspection direction and a transverse direction (Q) perpendicular to the inspection direction, and a plurality of transmitting-receiving units (150-1, 150-2, 150-3). Each transmitting-receiving unit has a transmitter element (T1, T2, T3) and an associated receiver element (R1, R2, R3) and defines an effective inspection width (PB1, PB2, PB3) in the transverse direction (Q) in such a way that, during movement of the test object relative to the probe in the inspection direction, an inspection track having the effective inspection width can be inspected by means of the transmitting-receiving unit. The transmitting-receiving units are arranged in at least two rows (155-1, 155-2) which are consecutive in the longitudinal direction (L) and extend in the transverse direction (Q). Transmitting-receiving units from different rows are mutually offset in the transverse direction (Q) in such a way that receiver elements (R1, R2, R3) of mutually offset transmitting-receiving units overlap each other in an overlapping region (U1-2, U2-3) such that the totality of the transmitting-receiving units continuously covers an effective probe inspection width (PKPB). All the transmitting-receiving units are mounted in the probe housing (110). All the transmitter elements (T1, T2, T3) are electrically connected to a common transmitter connection element (AT) of the probe.

Description

Ultraschall-Prüfkopf und Ultraschall-Prüfanlage  Ultrasonic testing head and ultrasonic testing system
Anwendungsgebiet und Stand der Technik Field of application and state of the art
Die Erfindung betrifft einen Prüfkopf für eine Ultraschall-Prüfanlage zur zerstörungsfreien Materialprüfung unter Relativbewegung eines Prüflings gegenüber dem Prüfkopf entlang einer Prüfrichtung. The invention relates to a test head for an ultrasonic testing system for non-destructive material testing with relative movement of a test object relative to the test head along a test direction.
Die Ultraschallprüfung ist ein akustisches Verfahren zum Auffinden von Materialfehlern, sogenannten Ungänzen, sowie zur Bestimmung von Bauteilabmessungen mittels Ultraschall. Sie gehört zu den zerstörungsfreien Prüfmethoden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall (US) wird der Schall über ein Ankoppelmedium, z. B. eine Flüssigkeitsschicht, vom Prüfkopf auf den Prüfling übertragen. Auch die Übertragung der die Information über den Zustand des Prüfguts tragenden Ultraschallwellen vom Prüfling zum empfangenden Prüfkopf erfolgt in der Regel über dasselbe Ankoppelmedium. Zum Aussenden und Empfangen der Ultraschallwellen bzw. der Ultraschallimpulse können getrennte Sende- und Empfangsprüfköpfe verwendet werden. Unter Prüfkopf wird hier die Handhabungseinheit verstanden, in der ein oder mehrere Ultraschallwandler eingebaut sind. Der Ultraschallwandler selbst ist das Element, das das elektrische Signal in ein Schallsignal (akustisches Signal) bzw. ein Schallsignal in ein elektrisches Signal umsetzt. Meist werden die schallaussendenden und schallempfangenden Ultraschallwandler in einem Prüfkopf vereinigt. Handelt es sich um separate Sender und Empfänger, spricht man auch von Sende-Empfangs-Prüfköpfen bzw. SE-Prüfköpfen. Diese werden z.B. dann bevorzugt, wenn ein hohes Nahauflösungsvermögen gefordert ist. Wird mit dem gleichen Ultraschallwandler gesendet und auch empfangen, spricht man von Impuls-Echo- Prüfköpfen. The ultrasonic test is an acoustic method for finding material defects, so-called discontinuities, as well as for determining component dimensions by means of ultrasound. It belongs to the nondestructive testing methods. In non-destructive material testing with ultrasound (US) the sound is transmitted via a coupling medium, eg. B. a liquid layer, transferred from the probe to the DUT. The transmission of the ultrasound waves carrying the information about the state of the test specimen from the test specimen to the receiving test head generally also takes place via the same coupling medium. For transmitting and receiving the ultrasonic waves or the ultrasonic pulses separate transmit and Empfangsprüfköpfe can be used. Test head is here understood to mean the handling unit in which one or more ultrasonic transducers are installed. The ultrasonic transducer itself is the element that converts the electrical signal into a sound signal (acoustic signal) or a sound signal into an electrical signal. Most of the sound-emitting and sound-receiving ultrasonic transducers are combined in a probe. If it concerns separate transmitters and receivers, one also speaks of transceiver probes or SE probes. These are e.g. then preferred when a high Nahaufslösungsvermögen is required. If you send and receive with the same ultrasonic transducer, you are talking about pulse echo probes.
Sende-Empfangs-Prüfköpfe (SE-Prüfköpfe) werden z.B. bei der Ultraschallprüfung von Grobblechen verwendet. Diese haben in der Regel typische Breiten von 1 m bis 5 m, typische Längen von 3 m bis 30 m und typische Dicken von 5 mm bis 150 mm. Der Artikel„Betriebliche Erfahrungen mit einer neuen Ganztafel-Ultraschallprüfanlage" von A. Weber et al., DGZfP- Jahrestagung 2013 - DL2.B.2, Seiten 1 bis 8 beschreibt eine Ganztafel-Ultraschallprüfanlage, die in einem Walzwerk unmittelbar hinter dem Kühlbett im Einlauf in die Scherenstrecke angeordnet ist. In die beschriebene Ultraschallprüfanlage sind insgesamt 76 pneumatisch einzeln angesteuerte Prüfkopfhalterungen verbaut. Eingesetzt sind SE-Prüfköpfe mit einer Nennfrequenz von 5 MHz. Die verwendeten Mehrfachschwinger haben eine Breite von 50 mm und sind 4-fach geteilt, woraus sich 304 einzeln zu verarbeitende Prüfkanäle ergeben. Die Prüfkopfhalterungen sind in zwei in Prüfrichtung hintereinander angeordnete und um eine Prüfkopfbreite in Querrichtung zueinander versetzte Flächenprüfwagen eingebaut. Hierdurch wird nach Angabe des Artikels eine vollständige Flächenprüfung (100%-Prüfung) erreicht. Transceiver probes (SE probes) are used, for example, in the ultrasonic testing of heavy plates. These typically have typical widths of 1 m to 5 m, typical lengths of 3 m to 30 m and typical thicknesses of 5 mm to 150 mm. The article "Operational Experience with a New Full-Plate Ultrasonic Testing System" by A. Weber et al., DGZfP Annual Conference 2013 - DL2.B.2, pages 1 to 8 describes a whole-plate ultrasonic testing system, which is located in a rolling mill immediately behind the cooling bed in the A total of 76 individually pneumatically actuated probe holders are installed in the ultrasonic testing system described above, using SE probes with a nominal frequency of 5 MHz, and the multiple oscillators used have a width of 50 mm and are divided 4 times 304 test channels to be processed individually Probe brackets are installed in two inspection carriages arranged one behind the other in the test direction and offset by a test head width in the transverse direction. As a result, a complete surface inspection (100% test) is achieved after specifying the article.
Ein bekannter vier-fach geteilter Sender-Empfänger-Prüfkopf hat innerhalb eines im Querschnitt rechteckförmigen Prüfkopfgehäuses eine Reihe mit vier unmittelbar nebeneinander angeordneten Empfängerelementen sowie ein einziges Senderelement, welches sich über die gesamte durch die Empfängerelemente abgedeckte Breite erstreckt. Damit sind beispielsweise Referenzfehler der Klasse FBH-3 (Fiat Bottom Hole mit 3 mm Durchmesser) mit hoher Zuverlässigkeit detektierbar. Es besteht jedoch beispielsweise bei der Grobblechprüfung zunehmend der Bedarf, auch kleinere Defekte, z.B. FBH-2 oder FBH-1 ,2, mit hoher Zuverlässigkeit zu detektieren. A known four-way split transmitter-receiver probe has within a rectangular in cross-section Prüfkopfgehäuses a row with four immediately adjacent receiver elements and a single transmitter element which extends over the entire covered by the receiver elements width. For example, reference errors of class FBH-3 (Fiat Bottom Hole with 3 mm diameter) can be detected with high reliability. However, there is an increasing demand, for example in heavy plate testing, for smaller defects, e.g. FBH-2 or FBH-1, 2, with high reliability detect.
Die Offenlegungsschrift DE 195 33 466 A1 offenbart einen Ultraschallprüfkopf für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, der mehrere Puls-Echo-Ultraschallwandler aufweist, die mit ihren Sende-/Empfangsflächen in einer ersten Ebene in wenigstens zwei parallelen Reihen voneinander jeweils durch eine Lücke derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass jede in einer Reihe befindliche Lücke zwischen Ultraschallwandlern durch einen Ultraschallwandler einer anderen Reihe abgedeckt wird. Dadurch wird ein Prüfkopf mit großer Prüfbreite geschaffen, der über die gesamte Prüfbreite eine weitgehend konstante Empfindlichkeit aufweist. Die Offenlegungsschrift DE 34 42 751 A1 offenbart eine mit Ultraschall arbeitende Prüfanlage für Bleche mit mehreren auf das Blech einstellbaren Prüfköpfen, die quer zur Förderrichtung des Blechs reihenweise und in Förderrichtung in mehreren Reihen hintereinander mit Überlappung vorgesehen sind. Jeder Prüfkopf hat einen Sender sowie einen Empfänger. The published patent application DE 195 33 466 A1 discloses an ultrasonic test head for non-destructive material testing, which has a plurality of pulse-echo ultrasonic transducers which are arranged with their transmitting / receiving surfaces in a first plane in at least two parallel rows from each other by a gap offset from one another in that each gap between ultrasonic transducers in a row is covered by an ultrasonic transducer of another row. This creates a test head with a large test width, which has a largely constant sensitivity over the entire test width. The published patent application DE 34 42 751 A1 discloses an ultrasonic testing system for sheets with several adjustable to the sheet probes, which are provided in rows transversely to the conveying direction of the sheet and in the conveying direction in several rows in a row with overlap. Each probe has a transmitter and a receiver.
Die Offenlegungsschrift DE 196 42 072 A1 offenbart zusammengesetzte Sondenvorrichtungen, die eine Mehrzahl von Empfangsoszillatoren aufweisen, die in einer zick-zackförmigen Art an beiden Seiten eines gemeinsamen Sendeoszillators angeordnet sind. Die Sende- und Empfangsoszillatoren sind mit einer gemeinsamen piezoelektrischen Platte aufgebaut, wobei eine ihrer Elektroden einer Teilung unterzogen wird. Die Empfangsoszillatoren unterschiedlicher Reihen überlappen sich in Seitenrichtung teilweise, so dass eine lückenlose Prüfung über die gesamte vom Sendeoszillator abgedeckte Länge möglich ist. Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 002 859 A1 offenbart eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von flächigen Gegenständen mittels Ultraschall, wobei die Vorrichtung Matrix-Phased-Array-Prüfköpfe verwendet. The published patent application DE 196 42 072 A1 discloses composite probe devices having a plurality of local oscillators arranged in a zigzag manner on both sides of a common transmitter oscillator. The transmitting and receiving oscillators are constructed with a common piezoelectric plate, with one of their electrodes being subjected to a division. The local oscillators of different rows partially overlap in the lateral direction, so that a complete test over the entire length covered by the transmitter oscillator is possible. The published patent application DE 10 2008 002 859 A1 discloses a device for non-destructive testing of flat objects by means of ultrasound, the device using matrix phased array probes.
Aufgabe und Lösung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen z.B. für den Einsatz in einer Ultraschall- Grobblechprüfanlage geeigneten Prüfkopf bereitzustellen, der bei einfacher Handhabung und einfachem Einbau in die Prüfanlage eine lückenlose Prüfung großer Prüfbreiten mit hoher Zuverlässigkeit auch für kleine Defekte im Prüfling ermöglicht. OBJECT AND SOLUTION It is an object of the invention to provide e.g. suitable for use in a ultrasonic heavy plate test suitable test head, which allows easy handling and easy installation in the test system gapless testing large test widths with high reliability, even for small defects in the test specimen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Prüfkopf mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. To achieve this object, the invention provides a test head with the features of claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
Der Prüfkopf hat ein Prüfkopfgehäuse, welches eine Längsrichtung und eine dazu orthogonale Querrichtung definiert. Die Längsrichtung ist diejenige Richtung, die im Betrieb möglichst parallel zur Prüfrichtung ausgerichtet ist. Die Querrichtung verläuft senkrecht zur Längsrichtung und somit im Prüfbetrieb möglichst senkrecht zur Prüfrichtung. Der Prüfkopf weist mehrere Sende-Empfangseinheiten auf, so dass es sich um einen Ultraschall-Mehrfachprüfkopf handelt. Jede der Sende-Empfangseinheiten hat ein Senderelement und ein zugeordnetes Empfängerelement. Dadurch wird in Querrichtung eine effektive Prüfbreite in der Weise definiert, dass bei Relativbewegung des Prüflings gegenüber dem Prüfkopf entlang der Prüfrichtung durch die Sende-Empfangseinheit eine Prüfspur mit der effektiven Prüfbreite prüfbar ist. Die effektive Prüfbreite ist in der Regel etwas geringer als die physikalische Ausdehnung der Sende-Empfangseinheit in Querrichtung, da die Empfindlichkeit der Sende- Empfangseinheit üblicherweise in der Nähe der seitlichen Enden stark absinkt, so dass effektiv nur eine etwas geringere Prüfbreite nutzbar ist. Die Sende-Empfangseinheiten sind in mindestens zwei in Längsrichtung hintereinander liegenden Reihen angeordnet, welche jeweils in Querrichtung verlaufen. Sende-Empfangseinheiten aus unterschiedlichen Reihen sind in Querrichtung derart gegeneinander versetzt, dass Empfängerelemente gegeneinander versetzter Sende-Empfangseinheiten in einem Überlappungsbereich einander so überlappen, dass die Gesamtheit der Sende-Empfangseinheiten eine effektive Prüfkopf-Prüfbreite lückenlos abdeckt. Alle Sende-Empfangseinheiten sind in dem Prüfkopfgehäuse angeordnet. The test head has a test head housing which defines a longitudinal direction and a transverse direction orthogonal thereto. The longitudinal direction is that direction which is aligned during operation as parallel as possible to the test direction. The transverse direction is perpendicular to the longitudinal direction and thus in test mode as perpendicular as possible to the test direction. The test head has a plurality of transceiver units, so that it is an ultrasonic Mehrfachprüfkopf. Each of the transceiver units has a transmitter element and an associated receiver element. As a result, an effective test width is defined in the transverse direction in such a way that a test track with the effective test width can be tested during relative movement of the test object relative to the test head along the test direction by the transceiver. The effective test width is usually somewhat smaller than the physical extension of the transceiver unit in the transverse direction, since the sensitivity of the transceiver unit usually drops sharply near the lateral ends, so that effectively only a slightly smaller test width can be used. The transceiver units are arranged in at least two rows lying one behind the other in the longitudinal direction, which each extend in the transverse direction. Transceiver units of different rows are offset from one another in the transverse direction in such a way that receiver elements of mutually offset transceiver units overlap one another in an overlapping area in such a way that the entirety of the transceiver units covers an effective test head test width without any gaps. All transceiver units are arranged in the test head housing.
Weiterhin ist vorgesehen, dass alle Senderelemente elektrisch an ein gemeinsames Sender- Anschlusselement des Prüfkopfs angeschlossen sind. Die Senderelemente sind damit elektrisch miteinander verbunden und können ohne weiteres durch ein gemeinsames Signal synchron angesteuert werden. Die Synchronität der Sendesignale ist somit durch den Prüfkopfaufbau bereits gegeben und muss nicht über aufwändige Elektronik sichergestellt werden Obwohl mehr als zwei Reihen mit jeweils einer oder mehreren Sende-Empfangseinheiten vorgesehen sein können, sind die Sende-Empfangseinheiten vorzugsweise in genau zwei in Längsrichtung hintereinanderliegenden Reihen angeordnet. Furthermore, it is provided that all transmitter elements are electrically connected to a common transmitter connection element of the probe. The transmitter elements are so electrically connected to each other and can be easily controlled synchronously by a common signal. The synchronicity of the transmission signals is thus already given by the test head structure and does not have to be ensured by complicated electronics. Although more than two rows each with one or more transceiver units can be provided, the transceiver units are preferably arranged in exactly two consecutive rows in the longitudinal direction ,
Aufgrund der gemeinsamen Anordnung aller Sende-Empfangseinheiten im Prüfkopfgehäuse ist es möglich, die Sende-Empfangseinheiten bei der Herstellung des Prüfkopfs exakt in die für sie vorgesehene Positionen innerhalb des Prüfgehäuses zu bringen und auch die relative Positionierung der Sende-Empfangseinheiten untereinander genau festzulegen. Die geometrische Anordnung der Sende-Empfangseinheiten innerhalb des Prüfkopfgehäuses wird in der Regel mittels Trägerelementen festgelegt und durch Einbringen einer geeigneten Vergussmasse, wie beispielsweise ein Epoxidharz, dauerhaft räumlich fixiert und gegen Eindringen des Koppelmittels geschützt. Due to the common arrangement of all transceiver units in the test head housing, it is possible to bring the transceiver units in the production of the probe exactly in their intended positions within the test housing and also to determine the relative positioning of the transceiver units with each other exactly. The geometric arrangement of the transceiver units within the Prüfkopfgehäuses is usually determined by means of support elements and permanently fixed spatially by introducing a suitable potting compound, such as an epoxy resin, and protected against ingress of the coupling agent.
Zwar könnte eine gegenseitige Überlappung von effektiven Prüfbreiten einzelner Sende- Empfangseinheiten auch dadurch erreicht werden, dass die Sende-Empfangseinheiten jeweils in ein eigenes Prüfkopfgehäuse eingebaut und die so erhaltenen Einzelprüfköpfe dann in zwei oder mehr Reihen innerhalb eines Prüfkopfhalters versetzt zueinander angeordnet werden. Entsprechende Versuche haben jedoch gezeigt, dass es bei dieser Kombination mehrerer Einzelprüfköpfe schwierig sein kann, für jeden Prüfkopf separat innerhalb des Prüfkopfhalters den gewünschten Koppelspalt präzise genug einzustellen. Befinden sich dagegen alle Sende- Empfangseinheiten innerhalb des gleichen Prüfkopfgehäuses, so kann bereits bei der Herstellung des Prüfkopfs die relative Anordnung der Sende-Empfangseinheiten untereinander präzise fixiert werden, so dass beim Einbau des Prüfkopfs in den Prüfkopfhalter die Einstellung des Koppelspalts für alle Sende-Empfangseinheiten gemeinsam schnell und präzise erfolgen kann. Dadurch ist eine unmittelbare Vergleichbarkeit der Signalamplituden von Referenzfehlern aller Sende-Empfangseinheiten des Prüfkopfs sichergestellt. Although a mutual overlap of effective test widths of individual transceiver units could also be achieved in that the transceiver units each installed in a separate Prüfkopfgehäuse and the Einzelprüfköpfe thus obtained are then offset from each other in two or more rows within a Prüfkopfhalters. Corresponding tests have shown, however, that it can be difficult with this combination of several individual probes, to set the required coupling gap precisely enough for each probe separately within the probe holder. On the other hand, if all the transceiver units are located within the same test head housing, the relative arrangement of the transceiver units can be precisely fixed to one another already during the production of the test head, so that the adjustment of the coupling gap for all transceiver units when the test head is installed in the test head holder can be done together quickly and accurately. This ensures a direct comparability of the signal amplitudes of reference errors of all transceiver units of the probe.
Durch die gegenseitige Überlappung in Querrichtung gegeneinander versetzter Sende- Empfangseinheiten in den Überlappungsbereichen kann sichergestellt werden, dass von jeder Sende-Empfangseinheit nur derjenige Bereich der theoretisch verfügbaren Prüfbreite genutzt wird, in welchem eine ausreichend hohe Empfindlichkeit vorliegt. Die Breite der gegenseitigen Überlappung wird dabei zweckmäßig so gewählt, dass die Bereiche mit Empfindlichkeitsabfall in der unmittelbaren Nähe der seitlichen Ränder der Sende-Empfangseinheiten einander so überlappen, dass ein maßgeblicher Empfindlichkeitsabfall zwischen in Querrichtung benachbarten Sende-Empfangseinheiten vermieden oder gegenüber herkömmlichen, nur in einer Reihe angeordneten Mehrfachschwingern erheblich reduziert sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Überlappungsbereiche eine Breite von mindestens 10% der effektiven Prüfbreite der einzelnen Sende-Empfangseinheiten auf, wobei die Breite der Überlappungsbereiche vorzugsweise im Bereich von 20% bis 30% der effektiven Prüfbreite liegt. Bei Einhaltung dieser Grenzen kann einerseits sichergestellt werden, dass die Überlappung ausreichend groß ist, um signifikante Empfindlichkeitseinbrüche in Überlappungsbereichen zu verhindern. Andererseits kann dadurch, dass die Überlappungsbereiche nicht zu breit gewählt werden, erreicht werden, dass mit relativ wenigen einzelnen Sende-Empfangseinheiten die erforderliche Gesamt-Prüfbreite des Prüfkopfs (effektive Prüfkopf-Prüfbreite) erzielbar ist. By the mutual overlapping in the transverse direction of staggered transceiver units in the overlapping areas, it can be ensured that only the area of the theoretically available test width is used by each transceiver unit in which a sufficiently high sensitivity is present. The width of the mutual overlap is expediently chosen so that the areas with sensitivity drop in the immediate vicinity of the lateral edges of the transceiver units overlap each other so that a significant drop in sensitivity between transversely adjacent transceiver units avoided or significantly reduced over conventional, arranged only in a row multiple oscillators. In some embodiments, the overlap regions have a width of at least 10% of the effective test width of the individual transceiver units, wherein the width of the overlap regions is preferably in the range of 20% to 30% of the effective test width. By adhering to these limits, on the one hand, it can be ensured that the overlap is sufficiently large to prevent significant sensitivity drops in overlapping areas. On the other hand, it can be achieved by not selecting the overlapping areas too broadly so that the required overall test width of the test head (effective test head test width) can be achieved with relatively few individual transceiver units.
Bei manchen Ausführungsformen ist die Anordnung so gewählt, dass zwischen in einer Reihe benachbarten Sende-Empfangseinheiten ein Abstand besteht, der mehr als 30% oder mehr als 50% der effektiven Prüfbreite einer Sende-Empfangseinheit beträgt. Somit kann sichergestellt werden, dass keine oder nur wenig prinzipiell nutzbare Prüfbreite„verschenkt" wird. In some embodiments, the arrangement is selected such that there is a spacing between a number of adjacent transceiver units which is more than 30% or more than 50% of the effective test width of a transceiver unit. Thus, it can be ensured that no or only a few basically usable test width is "given away".
Die Senderelemente und die Empfängerelemente weisen vorzugsweise jeweils ein z.B. rechteckiges Plättchen aus piezoelektrischem Material auf, das beim Senderelement als schallaussendender Ultraschallwandler und beim Empfängerelement als schallempfangender Ultraschallwandler fungiert. Diese Plättchen sind voneinander gesonderte Elemente, die jeweils mit elektrischen Kontaktierungen versehen sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind diese Plättchen bzw. Platten relativ zueinander schräg gestellt, so dass sich eine spiegelsymmetrisch zu einer Trennebene ausgebildete Dachform ergibt. Die Trennebene erstreckt sich in Querrichtung. Ein Dachwinkel kann z.B. 6° betragen, ggf. aber auch mehr oder weniger. The transmitter elements and the receiver elements preferably each have a e.g. rectangular plate of piezoelectric material, which acts as a sound-emitting ultrasonic transducer at the transmitter element and as a sound-receiving ultrasonic transducer at the receiver element. These plates are separate elements, which are each provided with electrical contacts. In preferred embodiments, these plates or plates are inclined relative to each other, so that there is a mirror-symmetrical trained to a parting plane roof shape. The parting plane extends in the transverse direction. A roof angle may e.g. 6 °, but possibly also more or less.
Vorzugsweise befindet sich in der Trennebene (Symmetrieebene der Dachanordnung) zwischen den Ultraschallwandlern eine Trennwand aus einem ultraschalldämpfenden Material. Diese dient u.a. der akustischen Entkopplung von Senderelement und Empfängerelement einer Sende-Empfangseinheit, so dass die Schallübertragung nur indirekt über das im Prüfbetrieb angekoppelte Prüflingsmaterial erfolgen kann. Die Trennwand kann auch der elektrischen Entkopplung der Ultraschallwandler auf Sendeseite und Empfangsseite dienen. Vorteile des neuen Konzepts können bereits genutzt werden, wenn innerhalb des Prüfkopfgehäuses nur zwei Sende-Empfangseinheiten in Querrichtung gegeneinander versetzt und in Längsrichtung in zwei unterschiedlichen Reihen angeordnet werden bzw. sind. Es können auch wesentlich mehr Sende-Empfangseinheiten integriert sein, beispielsweise fünf bis zehn Sende-Empfangseinheiten. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist dagegen vorgesehen, dass in dem Prüfkopfgehäuse genau drei oder genau vier oder genau fünf Sende- Empfangseinheiten angeordnet sind, wobei eine erste und eine dritte Sende-Empfangseinheit nebeneinander in einer ersten Reihe und eine zweite Sende-Empfangseinheit symmetrisch versetzt auf Lücke zur ersten und zur dritten Sende-Empfangseinheit in einer zweiten Reihe angeordnet ist. Sofern vier Sende-Empfangseinheiten vorgesehen sind, ist die vierte Sende- Empfangseinheit vorzugsweise in der zweiten Reihe mit Querabstand zur zweiten Sende- Empfangseinheit angeordnet. Eine ggf. vorhandene fünfte Sende-Empfangseinheit kann in der ersten Reihe angeordnet sein. Preferably, located in the parting plane (plane of symmetry of the roof assembly) between the ultrasonic transducers, a partition of an ultrasonic damping material. This is used, inter alia, the acoustic decoupling of transmitter element and receiver element of a transceiver unit, so that the sound transmission can be done only indirectly via the coupled in the test operation specimen material. The partition can also serve the electrical decoupling of the ultrasonic transducer on the transmitting side and the receiving side. Advantages of the new concept can already be utilized if only two transceiver units are offset transversely relative to one another within the test head housing and are or are arranged longitudinally in two different rows. Much more transceiver units can also be integrated, for example five to ten transceiver units. In preferred embodiments, however, it is provided that exactly three or exactly four or exactly five transceiver units are arranged in the Prüfkopfgehäuse, wherein a first and a third transceiver adjacent to each other in a first row and a second transceiver symmetrically offset to the gap first and third transceiver unit is arranged in a second row. If four transceiver units are provided, the fourth transceiver unit is preferably arranged in the second row with transverse spacing from the second transceiver unit. An optionally present fifth transceiver unit can be arranged in the first row.
Bei der Optimierung der Anzahl, der Dimensionen und der Verteilung von Sende- Empfangseinheiten sollte einerseits berücksichtigt werden, dass die individuelle Signalamplitude eines Empfängers bei einem Fehler gegebener Größe umso höher ist, je kleiner die effektive Prüfbreite bzw. je größer das Verhältnis zwischen der Defektgröße und der effektiven Prüfbreite ist. Insoweit könnte eine höhere Anzahl von Sende-Empfangseinheiten, z.B. sechs bis zehn oder mehr, im Hinblick auf große Signalamplituden günstig sein. Andererseits steigt mit der Anzahl der Sende-Empfangseinheiten auch der technologische Aufwand für die lagerichtige Unterbringung und die entsprechende Prüfelektronik und die Auswertung. Werden dagegen nur zwei Sende-Empfangseinheiten in zwei Reihen versetzt hintereinander angeordnet, so kann es sein, dass die einzelnen effektiven Prüfbreiten relativ groß werden müssen, wodurch die Signalamplitude insbesondere bei kleinen Defekten eventuell nicht ausreichend hoch ist. Daher wird eine Anzahl von genau drei oder genau vier oder genau fünf Sende-Empfangseinheiten im Prüfkopf derzeit als günstig angesehen. When optimizing the number, the dimensions and the distribution of transceiver units, it should be taken into account on the one hand that the individual signal amplitude of a receiver is higher for a given size error, the smaller the effective test width or the larger the ratio between the defect size and the effective test width. In that regard, a higher number of transceiver units, e.g. six to ten or more, be favorable in terms of large signal amplitudes. On the other hand, the number of transceiver units also increases the technological outlay for the correctly positioned accommodation and the corresponding test electronics and the evaluation. If, in contrast, only two transceiver units are arranged one after the other in two rows, then it may be the case that the individual effective test widths must become relatively large, as a result of which the signal amplitude may not be sufficiently high, in particular for small defects. Therefore, a number of exactly three or exactly four or exactly five transceiver units in the probe is currently considered favorable.
Die in unterschiedlichen Reihen angeordneten Sende-Empfangseinheiten können alle die gleiche Orientierung ihrer Senderelemente und Empfängerelemente in Bezug auf die Längsrichtung bzw. Prüfrichtung aufweisen. So können z.B. alle Sendereinheiten in die gleiche Richtung schräg nach vorn oder schräg nach hinten (jeweils in Prüfrichtung gesehen) abstrahlen. Bei manchen Ausführungsformen ist dagegen vorgesehen, dass die Sende- Empfangseinheiten des Prüfkopfs verteilt in einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet sind, wobei die Senderelemente von in unterschiedlichen Reihen angeordneten Sende-Empfangseinheiten einander zugewandt im Mittelbereich des Prüfkopfs (in Längsrichtung betrachtet) angeordnet sind und die Platten der Senderelemente aufgrund der Dachform derart relativ zueinander schräg gestellt sind, dass die Senderelemente bedingt durch den Dachwinkel in entgegengesetzte Schrägrichtungen jeweils von innen nach außen abstrahlen. Hierdurch kann allein aufgrund der voneinander weg weisenden Haupt- Abstrahlrichtungen eine bessere akustische Entkopplung der in unterschiedlichen Reihen liegenden Sende-Empfangseinheiten erreicht werden. Es ist möglich, das Prüfkopfgehäuse so zu gestalten, dass die gegeneinander versetzten Sende-Empfangseinheiten jeweils angepasste Teilabschnitte des Prüfkopfgehäuses haben, in die sie eingepasst werden können. Das könnte zu einer komplexen Außenkontur des Prüfkopfgehäuses mit Ecken und Innenwinkeln führen. Vorzugsweise weist das Prüfkopfgehäuse eine rechteckige Querschnittsform auf. Insbesondere kann das Prüfkopfgehäuse so dimensioniert und gestaltet sein, dass es hinsichtlich Querschnittsform und Dimension den Prüfkopfgehäusen herkömmlicher mehrfach geteilter Mehrfachschwinger entspricht, so dass Prüfköpfe gemäß der beanspruchten Erfindung ohne weiteres im Austausch gegen herkömmliche mehrfach geteilte Mehrfachschwinger im Wege der Umrüstung ausgetauscht werden können. Es wäre auch möglich, einige Empfängerelemente oder alle Empfängerelemente elektrisch zu verbinden und an ein gemeinsames Empfänger-Anschlusselement anzuschließen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass jedes der Empfängerelemente elektrisch an ein separates Empfänger-Anschlusselement des Prüfkopfs angeschlossen ist. Somit ist eine genaue Zuordnung einzelner Fehlersignale zu einem Ort bzw. einer schmalen Prüfspur in Querrichtung möglich, wodurch die Lokalisierbarkeit von Fehlern in Querrichtung verfeinert werden kann. The transceiver units arranged in different rows can all have the same orientation of their transmitter elements and receiver elements with respect to the longitudinal direction or test direction. For example, all transmitter units can radiate in the same direction obliquely forward or obliquely backwards (viewed in the test direction). In some embodiments, on the other hand, provision is made for the transceiver units of the test head to be distributed in a first row and in a second row, with the transmitter elements arranged in different rows arranged transceiver units facing each other in the central region of the probe (viewed in the longitudinal direction) are and the plates of the transmitter elements due to the Roof shape are so inclined relative to each other that the transmitter elements radiate due to the roof angle in opposite oblique directions each from the inside out. As a result, a better acoustic decoupling of the transceiver units located in different rows can be achieved solely on the basis of the main emission directions facing away from one another. It is possible to design the test head housing so that the mutually offset transceiver units each have adapted subsections of the test head housing into which they can be fitted. This could lead to a complex outer contour of the Prüfkopfgehäuses with corners and inner angles. Preferably, the Prüfkopfgehäuse has a rectangular cross-sectional shape. In particular, the test head housing may be sized and shaped to conform to the test head housings of conventional multi-split multiple oscillators in cross-sectional shape and dimension so that probes according to the claimed invention can readily be replaced in exchange for conventional multi-split multiple oscillators. It would also be possible to electrically connect some receiver elements or all receiver elements and connect them to a common receiver connection element. Preferably, however, it is provided that each of the receiver elements is electrically connected to a separate receiver connection element of the probe. Thus, an accurate assignment of individual error signals to a location or a narrow test track in the transverse direction is possible, whereby the localizability of errors in the transverse direction can be refined.
Das Sender-Anschlusselement und die Empfänger-Anschlusselemente können in einem gemeinsamen Steckergehäuse untergebracht sein, so dass der elektrische Anschluss des Prüfkopfs nach Montage im Prüfkopfhalter sehr einfach möglich ist und ggf. zudem der Einsatz in bestehenden Prüfanlagen keine Anpassung der Verkabelung erfordert. The transmitter connection element and the receiver connection elements can be housed in a common connector housing, so that the electrical connection of the probe after mounting in the probe holder is very easy and possibly also requires the use in existing test systems no adaptation of the wiring.
Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Senderelement und dem Empfängerelement zur akustischen Entkopplung eine Trennwand (Schalldamm) aus einem ultraschalldämpfenden Material, beispielsweise Kork, Schaumstoff oder dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen ist alternativ oder zusätzlich dazu vorgesehen, dass mindestens eine Trennwand aus einem ultraschalldämpfenden Material, beispielsweise Kork, zwischen in einer Reihe benachbarten Sende-Empfangseinheiten angeordnet ist. Dadurch kann ein Übersprechen in Querrichtung vermindert oder vermieden werden. Wenn in einer Reihe zwei oder mehr Sende- Empfangseinheiten nebeneinander angeordnet sind, können diese eine gemeinsame Trennwand haben, welche die Senderelemente und die Empfängerelemente der Sende- Empfangseinheiten akustisch voneinander entkoppelt. Hierdurch kann der Fertigungsaufwand für die akustische Entkopplung reduziert werden. Preferably, located between the transmitter element and the receiver element for acoustic decoupling a partition wall (sound dam) made of an ultrasonic damping material, such as cork, foam or the like. In some embodiments, it is alternatively or additionally provided that at least one partition made of an ultrasound-damping material, for example cork, is arranged between transceiver units which are adjacent in a row. As a result, crosstalk in the transverse direction can be reduced or avoided. If two or more transceivers are arranged side-by-side in a row, they may have a common divider which encloses the transmitter elements and the receiver elements of the transceivers. Receiving units acoustically decoupled from each other. As a result, the production costs for the acoustic decoupling can be reduced.
Zur akustischen Optimierung des Prüfkopfs kann jeder Sende-Empfangseinheit ein Dämpfungskörper zugeordnet sein, der sich gegenüber derjenigen Seite des Prüfkopfs befindet, die in schallleitendem Kontakt mit der Prüflingsoberfläche gebracht werden soll. Obwohl für jede Sende-Empfangseinheit ein eigener Dämpfungskörper vorgesehen sein kann, hat das Prüfkopfgehäuse vorzugsweise einen einzigen Dämpfungskörper, der als Dämpfungskörper aller Sende-Empfangseinheiten fungiert. Hierdurch wird unter anderem die Herstellung vereinfacht. Die Erfindung betrifft auch eine Ultraschall-Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings unter Relativbewegung des Prüflings gegenüber dem Prüfkopf entlang einer Prüfrichtung, wobei die Ultraschall-Prüfanlage einen oder mehrere der erfindungsgemäßen Prüfköpfe aufweist. Bei der Ultraschall-Prüfanlage kann es sich insbesondere um eine Ultraschall-Grobblechprüfanlage handeln. Kurzbeschreibung der Zeichnungen For acoustic optimization of the test head, each transceiver unit can be assigned a damping body, which is located opposite that side of the test head which is to be brought into sound-conducting contact with the test object surface. Although a separate damping body can be provided for each transceiver unit, the test head housing preferably has a single damping body, which acts as a damping body of all transceiver units. As a result, among other things, the production is simplified. The invention also relates to an ultrasonic testing system for non-destructive testing of a test piece under relative movement of the test piece relative to the test head along a test direction, wherein the ultrasonic test system has one or more of the test heads according to the invention. The ultrasonic testing system may in particular be an ultrasonic heavy plate testing system. Brief description of the drawings
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures.
Fig. 1 zeigt einen Ultraschall-Prüfkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht von der aktiven Seite des Prüfkopfs; Fig. 1 shows an ultrasonic probe according to an embodiment of the invention in a plan view from the active side of the probe;
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung den Prüfkopfs aus Fig. 1 in einem eingebauten Zustand innerhalb eines Prüfkopfhalters; Fig. 2 shows a sectional view of the test head of Figure 1 in an installed state within a Prüfkopfhalters.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform mit einer anderen Anordnung schalldämmender Trennwände; Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform mit einer anderen Anordnung schalldämmender Trennwände; und Fig. 3 shows a schematic plan view of an embodiment with another arrangement of sound-insulating partitions; Fig. 4 shows a schematic plan view of a further embodiment with another arrangement of sound-insulating partitions; and
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer Variante der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform mit einer anderen Abfolge von Senderelementen und Empfängerelementen. Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele 5 shows a sectional view of a variant of the embodiment shown in FIG. 2 with a different sequence of transmitter elements and receiver elements. Detailed description of the embodiments
Die schematische Fig. 1 zeigt einen Prüfkopf 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht von der aktiven Seite des Prüfkopfs, also derjenigen Seite, mit der der Prüfkopf in die Nähe der Oberfläche eines zu prüfenden Prüflings gebracht wird. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung. Der Prüfkopf ist für die Verwendung in einer vollautomatischen Ultraschall-Grobblechprüfanlage vorgesehen, in welcher eine Vielzahl nominell identischer Prüfköpfe verwendet wird. Der Prüfkopf arbeitet vorzugsweise mit einer Nennfrequenz von ca. 4 oder 5 MHz und kombiniert im Beispielsfall drei schallaussendende und drei schallempfangende Ultraschallwandler, so dass es sich um einen Sende-Empfangs-Prüfkopf (SE-Prüfkopf) handelt. The schematic Fig. 1 shows a test head 100 according to an embodiment of the invention in a plan view of the active side of the probe, so that side with which the probe is brought into the vicinity of the surface of a test specimen to be tested. Fig. 2 shows a sectional view. The test head is intended for use in a fully automatic ultrasonic heavy plate test system in which a plurality of nominally identical probes are used. The test head preferably operates at a nominal frequency of about 4 or 5 MHz and combines in the example three sound-emitting and three sound-receiving ultrasonic transducers, so that it is a transceiver probe (SE probe).
Der Prüfkopf hat ein vorzugsweise gefrästes metallisches Prüfkopfgehäuse 1 10, welches in der Zeichenebene von Fig. 1 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist, wobei die Breite in Querrichtung Q mehr als doppelt so groß ist wie die Länge in Längsrichtung L. I m Beispielsfall beträgt die Breite in Querrichtung ca. 65 mm, während die senkrecht dazu gemessene Länge ca. 24 mm bis 25 mm beträgt. An der Seite der aktiven Fläche 120 ist das Prüfkopfgehäuse offen (vgl. Fig. 2). An der der aktiven Fläche gegenüber liegenden Rückseite ist das Prüfkopfgehäuse bis auf Durchlässe für elektrische Leitungen geschlossen. The test head has a preferably milled metallic Prüfkopfgehäuse 1 10, which has a substantially rectangular cross-sectional shape in the plane of Fig. 1, wherein the width in the transverse direction Q is more than twice as long as the length in the longitudinal direction L. In the example, the case Width in transverse direction about 65 mm, while the perpendicular measured length is about 24 mm to 25 mm. On the side of the active surface 120, the test head housing is open (see Fig. 2). At the back of the active surface opposite the test head housing is closed except for passages for electrical lines.
Wie die schematische Fig. 2 zeigt, wird der Prüfkopf 100 beim Einrichten der Prüfanlage in einen Prüfkopfhalter 200 eingesetzt, der gemeinsam mit einer Vielzahl nominell identischer Prüfkopfhalter an einem Flächenprüfwagen der Prüfanlage befestigt ist. Der Prüfkopfhalter 200 trägt an seiner dem Prüfling 290 zugewandten Unterseite eine sogenannte Schleißsohle 210 in Form einer massiven Platte aus einem verschleißfesten Werkstoff, beispielsweise aus Edelstahl mit Hartmetall-Einsätzen und/oder aus einem gehärteten Stahl Werkstoff. Für die Prüfung werden die Prüfkopfhalter so in Richtung des Prüflings 290 zugestellt, dass die Schleißsohlen in Kontakt mit der Prüflingsoberfläche 292 treten und auf dieser abgleiten, wenn sich der Prüfling relativ zum Prüfkopfhalter in Prüfrichtung 295 bewegt. Der Prüfkopf ist dabei so in dem Prüfkopfhalter eingebaut, dass die Längsrichtung L des Prüfkopfs möglichst parallel zur Prüfrichtung 295 verläuft. Die orthogonal zur Längsrichtung und Querrichtung verlaufende Hochrichtung H steht dann möglichst senkrecht auf der Prüflingsoberfläche. Typische Prüfgeschwindigkeiten im Prüfbetrieb nach dem Anstellen aller Prüfkopfhalterungen liegen in der Regel z.B. bei zwischen 0.5 m/s und 1 m/s liegen. As the schematic Fig. 2 shows, the test head 100 is used when setting up the test facility in a probe holder 200, which is fastened together with a plurality of nominally identical probe holder on a surface test car of the test system. The probe holder 200 carries on its side facing the specimen 290 a so-called wear sole 210 in the form of a solid plate made of a wear-resistant material, such as stainless steel with carbide inserts and / or a hardened steel material. For the test, the test head holders are delivered in the direction of the test piece 290 so that the wear soles come into contact with the test piece surface 292 and slide thereon as the test piece moves in the test direction 295 relative to the test head holder. The test head is installed in the test head holder such that the longitudinal direction L of the test head runs as parallel as possible to the test direction 295. The orthogonal to the longitudinal direction and transverse direction extending high direction H is then as perpendicular as possible to the specimen surface. Typical test speeds in test mode after adjusting all test head holders are usually e.g. be between 0.5 m / s and 1 m / s.
Die Schleißsohle 210 weist einen rechteckförmigen Ausschnitt bzw. eine rechteckförmige Ausnehmung bzw. Aussparung 215 auf, die von der Kontaktfläche 212 zur Innenseite durchgeht und in Längsrichtung L und Querrichtung Q so dimensioniert ist, dass der Prüfkopf 100 mit geringem Seitenspiel vom Inneren des Prüfkopfhalters in die Ausnehmung eingeführt werden kann. Am hinteren Ende des Prüfkopfs, d.h. an der der aktiven Fläche 120 abgewandten Seite, befindet sich eine Trägerplatte 220, die der Befestigung und vertikalen Ausrichtung des Prüfkopfs im Prüfkopfhalter 200 dient. Beim Einbau des Prüfkopfs in den Prüfkopfhalter wird der Prüfkopf so positioniert, dass zwischen der ebenen aktiven Fläche 210 des Prüfkopfs und derjenigen Ebene, die durch die Kontaktfläche 212 der Schleißsohle 210 gebildet wird, ein sogenannter Koppelspalt SP möglichst konstanter Dicke über die Breite des Prüfkopfs verbleibt. Die Dicke D liegt häufig in der Größenordnung von ca. 0,25 mm bis 0,35 mm. Im Prüfbetrieb füllt sich dieser Spalt mit der Koppelflüssigkeit, in der Regel Wasser. Die exakte, nicht keilförmige Einstellung des Koppelspalts insbesondere in Längsrichtung ist eine wesentliche Voraussetzung für eine zuverlässige Ultraschallprüfung. The wear sole 210 has a rectangular cutout or a recess 215, which extends from the contact surface 212 to the inside goes through and in the longitudinal direction L and transverse direction Q is dimensioned so that the test head 100 can be introduced with a small side clearance from the interior of the probe holder into the recess. At the rear end of the test head, ie on the side facing away from the active surface 120, there is a support plate 220, which serves for the attachment and vertical alignment of the test head in the test head holder 200. When installing the probe in the probe holder of the probe is positioned so that between the flat active surface 210 of the probe and that plane which is formed by the contact surface 212 of the wear sole 210, a so-called coupling gap SP as constant thickness over the width of the probe remains , The thickness D is often on the order of about 0.25 mm to 0.35 mm. In test mode, this gap fills with the coupling fluid, usually water. The exact, not wedge-shaped adjustment of the coupling gap, in particular in the longitudinal direction is an essential prerequisite for reliable ultrasonic testing.
Der Prüfkopf 100 ist so konstruiert, dass er über seine gesamte effektive Prüfkopf-Prüfbreite PKPB eine relativ gleichmäßige hohe Empfindlichkeit ohne größere lokale Abfälle in der Empfindlichkeit aufweist. Hierzu sind in dem vom Prüfkopfgehäuse umschlossenen Gehäuseinnenraum im Beispielsfall drei nominell identische Sende-Empfangseinheiten angeordnet, nämlich eine erste Sende-Empfangseinheit 150-1 , eine zweite Sende- Empfangseinheit 150-2 und eine dritte Sende-Empfangseinheit 150-3. Jede der Sende- Empfangseinheiten umfasst ein einziges Senderelement T1 , T2 bzw. T3 und ein einziges, dem Senderelement zugeordnetes Empfängerelement R1 , R2, R3. Die Senderelemente und die Empfängerelemente weisen jeweils ein dünnes rechteckiges Plättchen aus piezoelektrischem Material auf, das beim Senderelement als schallaussendender Ultraschallwandler und beim Empfängerelement als schallempfangender Ultraschallwandler fungiert. Kontaktierungen an den Vorder- und Rückseiten sind vorhanden, aber nicht dargestellt. Die rechteckigen Platten erstrecken sich parallel zueinander in Querrichtung Q und sind relativ zueinander schräg gestellt, so dass sich eine spiegelsymmetrisch zu einer Trennebene ausgebildete Dachform ergibt, z.B. mit einem Dachwinkel von beispielsweise 6°. (Fig. 2). In der Trennebene (Symmetrieebene der Dachanordnung) verläuft zwischen den Ultraschallwandlern eine Trennwand 152-1 aus einem ultraschalldämpfenden Material. Die vorzugsweise aus einem Korkwerkstoff hergestellte Trennwand dient der akustischen Entkopplung von Senderelement und Empfängerelement einer Sende-Empfangseinheit, so dass die Schallübertragung nur indirekt über das im Prüfbetrieb angekoppelte Prüflingsmaterial erfolgen kann. Die Trennwand dient auch der elektrischen Entkopplung der Ultraschallwandler auf Sendeseite und Empfangsseite. Die Abfolge von Senderelement und Empfängerelement einer Sende-Empfangseinheit in Prüfrichtung kann auch umgekehrt zur dargestellten Abfolge sein. Beispiele werden im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert The test head 100 is designed to have a relatively uniform high sensitivity over its entire effective test head width PKPB without major local delays in sensitivity. For this purpose, three nominally identical transceiver units are arranged in the housing interior enclosed by the test head housing in the example case, namely a first transceiver unit 150-1, a second transceiver unit 150-2 and a third transceiver unit 150-3. Each of the transceiver units comprises a single transmitter element T1, T2 or T3 and a single, the transmitter element associated receiver element R1, R2, R3. The transmitter elements and the receiver elements each have a thin rectangular plate of piezoelectric material, which acts as a sound emitting ultrasonic transducer at the transmitter element and as a sound-receiving ultrasonic transducer at the receiver element. Contacts on the front and back are present, but not shown. The rectangular plates extend parallel to each other in the transverse direction Q and are inclined relative to each other, so that there is a mirror-symmetrical trained to a parting plane roof shape, eg with a roof angle of, for example, 6 °. (Figure 2). In the parting plane (symmetry plane of the roof arrangement) runs between the ultrasonic transducers a partition wall 152-1 made of an ultrasound-damping material. The partition wall, which is preferably made of a cork material, serves for the acoustic decoupling of transmitter element and receiver element of a transceiver unit, so that the sound transmission can take place only indirectly via the test object material coupled in the test mode. The partition also serves the electrical decoupling of the ultrasonic transducer on the transmitting side and the receiving side. The sequence of transmitter element and receiver element of a transceiver unit in the test direction can also be the reverse of the illustrated sequence. Examples are explained in connection with FIG. 5
Oberhalb der Sende-Empfangselemente ist im Inneren des rückseitig geschlossenen Prüfkopfgehäuses 1 10 ein einziger Dämpfungskörper 260 eingebracht, der als rückseitige Schalldämpfung für alle Sende-Empfangseinheiten dient. Die freien Volumina des Gehäuseinnenraums zwischen den Senderelementen, den Empfängerelementen und Trennwänden ist bis zur Ebene der aktiven Fläche 120 mit einer Vergussmasse aus Kunststoff gefüllt, so dass die elektrisch betriebenen Elemente des Prüfkopfs wasserdicht versiegelt sind. Jede der Sende-Empfangseinheiten hat eine in Querrichtung gemessene effektive Prüfbreite PB1 etc., die etwas (ca. 10% bis 20%) geringer ist als die physikalische Ausdehnung des Senderelements T1 und des Empfängerelements R1 in der Querrichtung. Zur Erläuterung der effektiven Prüfbreite der ersten Sende-Empfangseinheit 150-1 zeigt Fig. 1 eine Kurve E1 , die einen typischen Signalamplitudenverlauf über die in Querrichtung Q gemessene Elementlänge in Bezug auf einen Referenzfehler FBH-2 repräsentiert. Die Signalamplitude ist ein Maß für die Empfindlichkeit. Charakteristisch für diesen Empfindlichkeitsverlauf ist ein relativ breites, zur Mitte der Sende-Empfangseinheit symmetrisches Plateau relativ hoher erzielbarer Signalamplitude mit einem flachen lokalen Empfindlichkeitsabfall in der Mitte des Elements, zwei lokalen Maxima M1 , M2 näher an den äußeren Rändern des Elements sowie einem steilen Empfindlichkeitsabfall in unmittelbarer Nähe der Enden in Querrichtung. Die effektive Prüfbreite PB1 kann beispielsweise so definiert werden, dass sie denjenigen Bereich bezeichnet, in welchem die Signalamplitude um z.B. maximal 4 dB niedriger liegt als in den lokalen Maxima. Die anderen Sende-Empfangseinheiten haben entsprechende effektive Prüfbreiten PB2, PB3. Die effektiven Prüfbreiten können z.B. bei 20 mm oder mehr liegen. Bei Relativbewegung des Prüflings 290 gegenüber dem Prüfkopf entlang der Prüfrichtung 295 wird von jeder der Sende- Empfangseinheiten eine Prüfspur abgetastet, deren Breite (in Querrichtung) der effektiven Prüfbreite der jeweiligen Sende-Empfangseinheit entspricht. Above the transceiver elements, a single damping body 260 is inserted in the interior of the rear-side closed test head housing 110, which serves as rear-side sound damping for all transceiver units. The free volumes of the housing interior between the transmitter elements, the receiver elements and partitions is filled up to the level of the active surface 120 with a potting compound made of plastic, so that the electrically operated elements of the probe are sealed watertight. Each of the transceiver units has a transversely measured effective width PB1, etc. which is slightly (about 10% to 20%) less than the physical extent of the transmitter element T1 and the transceiver element R1 in the transverse direction. To illustrate the effective test width of the first transceiver 150-1, Figure 1 shows a curve E1 representing a typical signal amplitude curve over the length of the element measured in transverse direction Q with respect to a reference error FBH-2. The signal amplitude is a measure of the sensitivity. Characteristic of this sensitivity curve is a relatively broad plateau of relatively high recoverable signal amplitude symmetrical to the center of the transceiver with a flat local sensitivity drop in the center of the element, two local maxima M1, M2 closer to the outer edges of the element, and a steep decrease in sensitivity close to the ends in the transverse direction. The effective check width PB1 may, for example, be defined to denote that region in which the signal amplitude is reduced by e.g. 4 dB lower than in the local maxima. The other transceiver units have respective effective test widths PB2, PB3. The effective test widths may be e.g. at 20 mm or more. When the specimen 290 moves relative to the test head along the test direction 295, a test track is scanned by each of the transceiver units whose width (in the transverse direction) corresponds to the effective test width of the respective transceiver unit.
Die Sende-Empfangseinheiten sind relativ zueinander so angeordnet, dass sich ihre effektiven Prüfbreiten und die drei durch die Sende-Empfangseinheiten abgetasteten Prüfspuren in Querrichtung teilweise überlappen, so dass über die gesamte Prüfkopf-Prüfbreite mit hoher Empfindlichkeit abgetastet werden kann. Hierzu sind die Sende-Empfangseinheiten in zwei in Längsrichtung L hintereinanderliegenden geraden Reihen 155-1 , 155-2 angeordnet, die jeweils in Querrichtung Q verlaufen. Die erste Sende-Empfangseinheit 152-1 und die dritte Sende- Empfangseinheit 152-3 sind dabei in der ersten Reihe 155-1 mit einem gegenseitigen Abstand DQ in Querrichtung Q so angebracht, dass die Trennebenen zwischen den jeweiligen Senderelementen T1 , T3 und den Empfängerelementen R1 , R3 zusammenfallen bzw. miteinander fluchten. Der in Querrichtung Q gemessene Abstand DQ zwischen den beiden Sende-Empfangseinheiten der gleichen Reihe beträgt zwischen 40% und 60% der jeweiligen Breite der Sende-Empfangseinheiten in dieser Richtung. The transceiver units are arranged relative to one another such that their effective test widths and the three transversal scan tracks sensed by the transceiver units partially overlap so that scanning across the entire test head test width can be done with high sensitivity. For this purpose, the transceiver units are arranged in two straight rows 155-1, 155-2 arranged one behind the other in the longitudinal direction L, each extending in the transverse direction Q. The first transceiver 152-1 and the third transceiver 152-3 are in the first row 155-1 at a mutual distance DQ in the transverse direction Q mounted so that the dividing planes between the respective transmitter elements T1, T3 and the receiver elements R1, R3 coincide or aligned. The distance DQ measured in the transverse direction Q between the two transceiver units of the same row is between 40% and 60% of the respective width of the transceiver units in this direction.
Die zweite Sende-Empfangseinheit 150-2 ist in der zweiten Reihe 155-2 angeordnet, also in Längsrichtung versetzt gegenüber der ersten und dritten Sende-Empfangseinheit. Die zweite Sende-Empfangseinheit sitzt symmetrisch zu den anderen Sende-Empfangseinheiten so, dass die Lücke zwischen den Sende-Empfangseinheiten der ersten Reihe vollständig abgedeckt ist. Die zweite Sende-Empfangseinheit 152-2 erstreckt sich zu beiden Seiten in Querrichtung so weit, dass ein äußerer Abschnitt in Längsrichtung gesehen hinter einem äußeren Abschnitt der in der ersten Reihe liegenden Sende-Empfangseinheiten liegt. Dadurch wird erreicht, dass die Sende-Empfangseinheiten aus unterschiedlichen Reihen (erste Reihe, zweite Reihe) in Querrichtung Q derart gegeneinander versetzt sind, dass die Empfängerelemente gegeneinander versetzter Sende-Empfangseinheiten und auch die durch diese Sende- Empfangseinheiten abgetasteten Prüfspuren in einem Überlappungsbereich U 1 -2 bzw. U2-3 so überlappen, dass die Gesamtheit der Sende-Empfangseinheiten die effektive Prüfkopf- Prüfbreite PKPB lückenlos und ohne wesentlichen Empfindlichkeitsabfall abdeckt. Die in Querrichtung Q gemessene Breite der Überlappungsbereiche U 1 -2 und U2-3 liegt etwa bei 15% bis 20% der effektiven Prüfbreite PB1 , PB2, PB3 der einzelnen Sende-Empfangseinheiten. Dadurch wird einerseits sichergestellt, dass auch im Überlappungsbereich der Prüfling mit hoher Empfindlichkeit geprüft werden kann, und andererseits kann mit einer relativ geringen Anzahl von nur drei Sende-Empfangseinheiten die gesamte effektive Prüfkopf-Prüfbreite abgedeckt werden. In Fig. 1 ist gut zu erkennen, dass alle Senderelemente T1 , T2 und T3 des Prüfkopfs 100 an ein gemeinsames Sender-Anschlusselement AT des Prüfkopfs angeschlossen sind. Von jedem Empfängerelement R1 , R2 und R3 führt eine separate elektrische Leitung zu einem separaten Empfänger-Anschlusselement AR1 , AR2, AR3. Das Sender-Anschlusselement AT und die Empfänger-Anschlusselemente AR1 , AR2 und AR3 sind in einem gemeinsamen Steckergehäuse (Mehrfachstecker) untergebracht, so dass der Prüfkopf durch Verbinden mit der entsprechenden Buchse bequem an die Ultraschall-Elektronik der Ultraschall-Prüfanlage angeschlossen werden kann. The second transceiver unit 150-2 is arranged in the second row 155-2, that is offset in the longitudinal direction relative to the first and third transceiver unit. The second transceiver unit is located symmetrically to the other transceiver units so that the gap between the transceiver units of the first row is completely covered. The second transceiver unit 152-2 extends on both sides in the transverse direction so far that an outer portion in the longitudinal direction is behind an outer portion of the transceiver units located in the first row. It is thereby achieved that the transceiver units of different rows (first row, second row) in the transverse direction Q are offset from one another in such a way that the receiver elements of staggered transceiver units and also the test tracks scanned by these transceiver units in an overlap area U 1 -2 or U2-3 overlap so that the entirety of the transceiver covers the effective Prüfkopf- check width PKPB gapless and without significant sensitivity drop. The width of the overlapping areas U 1 -2 and U2-3 measured in the transverse direction Q is approximately 15% to 20% of the effective test width PB1, PB2, PB3 of the individual transceiver units. This ensures, on the one hand, that the specimen can be tested with high sensitivity even in the overlap region, and, on the other hand, with a relatively small number of only three transceiver units, the entire effective probe test width can be covered. FIG. 1 clearly shows that all transmitter elements T1, T2 and T3 of the test head 100 are connected to a common transmitter connection element AT of the test head. From each receiver element R1, R2 and R3, a separate electrical line leads to a separate receiver connection element AR1, AR2, AR3. The transmitter terminal AT and the receiver terminals AR1, AR2 and AR3 are housed in a common plug housing (multiple plug), so that the probe can be conveniently connected to the ultrasonic electronics of the ultrasonic inspection system by connecting to the corresponding socket.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten für die akustische und elektrische Entkopplung von Senderelementen und Empfängerelementen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 hat jede Sende-Empfangseinheit eine eigene Trennwand 152-1 zwischen Senderelement und Empfängerelement. Die Trennwände sind untereinander nicht verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel des Prüfkopfs 300 in Fig. 3 gibt es eine gemeinsame Trennwand 352 für die beiden in der gleichen Reihe (erste Reihe) angeordneten Sende-Empfangseinheiten. Die Herstellung kann dadurch vereinfacht werden. Beim Ausführungsbeispiel eines Prüfkopfs 400 in Fig. 4 gibt es eine in Querrichtung verlaufende Trennwand 452 zwischen den Sende- Empfangseinheiten der ersten Reihe und der Sende-Empfangseinheit der zweiten Reihe. Weiterhin gibt es an den Schmalseiten der Sende-Empfangseinheit weitere, in Längsrichtung verlaufende Trennwände. Insbesondere sind Trennwände an den einander zugewandten Seiten der Sende-Empfangseinheiten der ersten Reihe angeordnet, so dass ein eventuelles Übersprechen innerhalb des Prüfkopfs noch besser unterdrückt ist als bei Ausführungsbeispielen ohne solche Trennwände. There are different possibilities for the acoustic and electrical decoupling of transmitter elements and receiver elements. In the embodiment of Figures 1 and 2 Each transceiver has its own partition 152-1 between transmitter element and receiver element. The partitions are not connected to each other. In the embodiment of the test head 300 in Fig. 3, there is a common partition wall 352 for the two in the same row (first row) arranged transceiver units. The production can be simplified. In the embodiment of a test head 400 in FIG. 4, there is a transverse partition 452 between the first row transceiver units and the second row transceiver unit. Furthermore, there are further longitudinal walls on the narrow sides of the transceiver unit. In particular, partitions are arranged on the mutually facing sides of the transceiver units of the first row, so that a possible crosstalk within the probe is even better suppressed than in embodiments without such partitions.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 sind die Senderelemente T1 , T2 etc. der verschiedenen Sende-Empfangseinheiten jeweils so angeordnet, dass alle Sendeelemente in ein zueinander parallelen, schräg gegenüber der L-Q-Ebene verlaufenden Ebenen liegen, so dass alle Senderelemente der in Längsrichtung L hintereinander liegenden Reihen aufgrund der Schrägstellung in die gleiche Richtung abstrahlen. Die Abstrahlrichtung der drei Senderelemente T1 , T2 und T3 der Ausführungsform von Fig. 1 würden also bei Bewegung des Prüfkopfs in Längsrichtung L (in Fig. 1 nach oben) schräg nach vorne in diese Richtung abstrahlen. In the embodiments of FIGS. 1 to 4, the transmitter elements T1, T2, etc. of the various transceiver units are each arranged such that all transmitter elements lie in a mutually parallel, obliquely opposite to the LQ plane planes, so that all transmitter elements of in Longitudinal L L consecutive rows due to the inclination in the same direction radiate. The emission direction of the three transmitter elements T1, T2 and T3 of the embodiment of FIG. 1 would therefore radiate obliquely forward in this direction when the probe is moving in the longitudinal direction L (upward in FIG. 1).
In Fig. 5 ist eine Variante der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung analog zu Fig. 2 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der einzige Unterschied zur Variante von Fig. 2 besteht darin, dass die Senderelemente T1 und T2 der in zueinander parallelen Reihen hintereinander liegenden Sende-Empfangseinheiten nicht in zueinander parallelen Ebenen liegen, sondern schräg gegeneinander gestellt sind. Entsprechendes gilt auch für die Empfängerelemente R1 , R2. Dadurch wird u. a. erreicht, dass die Senderelemente T1 , T2 der in Längsrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Sende-Empfangseinheiten mit den schallabstrahlenden Flächen voneinander abgewandt sind und jeweils in den Überlappungsbereichen aneinander angrenzen. Durch die gegenläufige Schrägstellung sind die Haupt-Abstrahlrichtungen (Doppelpfeile) so orientiert, dass die Senderelemente den Ultraschall jeweils von innen nach außen senden. Die Haupt-Abstrahlrichtungen haben also in Längsrichtung gesehen gegenläufige Komponenten. Dadurch kann im Vergleich zu der z. B. in Fig. 1 gezeigten Orientierung eine nochmals verbesserte akustische Entkopplung der in unterschiedlichen Reihen liegenden Senderelemente erreicht werden. Die Senderelemente können also bei den zweireihigen Anordnungen jeweils, in Längsrichtung gesehen, im Mittelbereich des Prüfkopfs angeordnet sein und aufgrund ihrer Schrägstellung bedingt durch den Dachwinkel zu beiden Seiten nach außen (in Längsrichtung) schallen. FIG. 5 shows a variant of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in a sectional view analogous to FIG. 2. For clarity, the same reference numerals will be used. The only difference from the variant of FIG. 2 is that the transmitter elements T1 and T2 of the mutually parallel rows one behind the other transceiver units are not in mutually parallel planes, but are placed obliquely against each other. The same applies to the receiver elements R1, R2. As a result, it is achieved, inter alia, that the transmitter elements T1, T2 of the transceiver units in the longitudinal direction immediately following one another are remote from the sound-radiating surfaces and adjoin one another in each case in the overlapping regions. Due to the opposite inclination, the main radiation directions (double arrows) are oriented so that the transmitter elements transmit the ultrasound from inside to outside. The main emission directions thus have opposite components in the longitudinal direction. This can be compared to the z. B. shown in Fig. 1, a further improved acoustic decoupling of lying in different rows transmitter elements can be achieved. The transmitter elements can thus at the two-row arrangements each, seen in the longitudinal direction, be arranged in the central region of the probe and sound due to their inclination due to the roof angle to both sides to the outside (in the longitudinal direction).
Entsprechende Modifikationen sind auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 möglich. So kann beispielsweise, bei der aus Fig. 3 abgeleiteten Variante die Anordnung von Senderelementen T2 und Empfängerelemente R2 umgetauscht sein, so dass das Senderelement T2 direkt an die Senderelemente T1 und T3 der beiden Sende- Empfangseinheiten der anderen Reihe angrenzt. Auch bei der Anordnung aus Fig. 4 kann eine entsprechende Modifikation vorgesehen sein, so dass das Senderelement T2 direkt an die Trennwand 442 angrenzt, während das Empfängerelement R2 außen, d. h. in der Nähe des Prüfkopfgehäuses liegt. Corresponding modifications are also possible in the embodiments of FIGS. 3 and 4. Thus, for example, in the variant derived from FIG. 3, the arrangement of transmitter elements T2 and receiver elements R2 can be exchanged so that the transmitter element T2 directly adjoins the transmitter elements T1 and T3 of the two transmitter-receiver units of the other row. Also in the arrangement of FIG. 4, a corresponding modification may be provided, so that the transmitter element T2 is directly adjacent to the partition wall 442, while the receiver element R2 is externally, d. H. near the probe housing.
Die Ultraschallprüfung beruht bekanntlich darauf, dass sich Schallwellen in unterschiedlichen Medien verschieden schnell ausbreiten. Sie werden an Grenzflächen unterschiedlicher Wellenimpedanz teilweise reflektiert. Mit steigender Differenz der Wellenimpedanz vergrößert sich auch der reflektierte Anteil. Änderungen der akustischen Eigenschaften an Grenzflächen im Bereich eines Fehlers bzw. einer Ungänze im Inneren des zu prüfenden Prüflings reflektieren den von Senderelement emittierten Schallimpuls und senden diesen an das Empfängerelement im Prüfkopf. Als Fehler (bzw. Ungänzen) kommen z.B. Lunker (Hohlräume), Einschlüsse, Risse oder andere Trennungen im Gefüge in Betracht. Beim Impuls-Echo- Verfahren wird die vergangene Zeit zwischen Senden und Empfangen gemessen. Anhand der gemessenen Zeitdifferenz kann ein Signal erzeugt werden. Anhand dieses Signals kann die Lage einer Ungänze sowie die Größe des Fehlers bzw. der Ungänze durch Vergleichen mit einem Ersatzreflektor (z.B. einer Flachbodenbohrung (Fiat Bottom Hole (FBH), einer Nut oder einer Querbohrung) bestimmt werden. Bei automatischen Prüfanlagen werden die Informationen gespeichert, zum Prüfling in Beziehung gesetzt und auf verschiedene Weisen sofort oder später dokumentiert. The ultrasonic test is based on the fact that sound waves propagate at different speeds in different media. They are partially reflected at interfaces of different wave impedance. As the difference in the wave impedance increases, so does the reflected component. Changes in the acoustic properties at interfaces in the region of a defect or defect in the interior of the test specimen to be tested reflect the sound pulse emitted by the transmitter element and send it to the receiver element in the test head. As errors (or discontinuities) come e.g. Voids (cavities), inclusions, cracks or other separations in the structure into consideration. In the pulse-echo method, the elapsed time between transmission and reception is measured. Based on the measured time difference, a signal can be generated. This signal can be used to determine the location of a discontinuity and the size of the fault or discontinuity by comparing it to a replacement reflector (eg a flat bottom hole (FBH), a groove or a transverse bore) , related to the candidate and documented in various ways, immediately or later.
Versuche mit konventionellen vier-fachgeteilten Sende-Empfänger-Prüfköpfen haben gezeigt, dass diese für Ersatzreflektoren bis hinunter zur Klasse FBH-3 (Flachbodenbohrung mit 3 mm Durchmesser) eine ausreichende Empfindlichkeit über die gesamte effektive Prüfkopf-Prüfbreite haben können. Allerdings wurde festgestellt, dass die Detektion von Referenzfehlern mit FBH-2 oder kleiner häufig nicht ausreichend reproduzierbar möglich ist. Diese Begrenzung der Empfindlichkeit wird u.a. auf die Bereiche niedrigerer Empfindlichkeit an den Stoßstellen zwischen in einer Reihe benachbarten Empfängerelementen zurückgeführt. Durch die neuartige Anordnung von Sende-Empfangseinheiten innerhalb des Prüfkopfs mit überlappenden Prüfspuren bzw. effektiven Prüfbreiten gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können nun auch Referenzfehler der Klasse FBH-2 oder kleiner (z.B. bis hinunter zu FBH-1 ,2 oder FBH-1 oder darunter) mit guter Reproduzierbarkeit detektiert werden. Experiments with conventional quad split transceiver probes have shown that for replacement reflectors down to class FBH-3 (3mm diameter flat bottom bore) they can have sufficient sensitivity over the entire effective probe test width. However, it was found that the detection of reference errors with FBH-2 or smaller is often not sufficiently reproducible. This limitation of sensitivity is attributed, inter alia, to the areas of lower sensitivity at the junctions between receiver elements adjacent in a row. Due to the novel arrangement of transceiver units within the probe with overlapping Test tracks or effective test widths according to the embodiments of the present invention, reference errors class FBH-2 or smaller (eg down to FBH-1, 2 or FBH-1 or less) can now be detected with good reproducibility.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Prüfkopf (100) für eine Ultraschall-Prüfanlage zur zerstörungsfreien Materialprüfung unter Relativbewegung eines Prüflings (290) gegenüber dem Prüfkopf entlang einer Prüfrichtung (295) mit: 1 . Test head (100) for an ultrasonic testing system for non-destructive material testing with relative movement of a test object (290) opposite the test head along a test direction (295) with:
einem Prüfkopfgehäuse (1 10), das in Prüfrichtung eine Längsrichtung (L) und senkrecht zur Prüfrichtung eine Querrichtung (Q) definiert; und  a test head housing (110) which defines a longitudinal direction (L) in the test direction and a transverse direction (Q) perpendicular to the test direction; and
mehreren Sende-Empfangseinheiten (150-1 , 150-2, 150-3), wobei jede Sende- Empfangseinheit ein Senderelement (T1 , T2, T3) und ein zugeordnetes separates Empfängerelement (R1 , R2, R3) aufweist und in Querrichtung (Q) eine effektive Prüfbreite (PB1 , PB2, PB3) definiert derart, dass bei Relativbewegung des Prüflings gegenüber dem Prüfkopf entlang der Prüfrichtung durch die Sende-Empfangseinheit eine Prüfspur mit der effektiven Prüfbreite prüfbar ist, wobei  a plurality of transceiver units (150-1, 150-2, 150-3), each transceiver unit having a transmitter element (T1, T2, T3) and an associated separate receiver element (R1, R2, R3) and transversely (Q ) defines an effective test width (PB1, PB2, PB3) in such a way that during relative movement of the test object relative to the test head along the test direction by the transceiver unit, a test track with the effective test width can be tested, wherein
die Sende-Empfangseinheiten in mindestens zwei in Längsrichtung (L) hintereinander liegenden, in Querrichtung (Q) verlaufenden Reihen (155-1 , 155-2) angeordnet sind; Sende-Empfangseinheiten aus unterschiedlichen Reihen in Querrichtung (Q) derart gegeneinander versetzt sind, dass Empfängerelemente (R1 , R2, R3) gegeneinander versetzter Sende-Empfangseinheiten in einem Überlappungsbereich (U1 -2, U2-3) einander überlappen, so dass die Gesamtheit der Sende-Empfangseinheiten eine effektive Prüfkopf-Prüfbreite (PKPB) lückenlos abdeckt;  the transceiver units are arranged in at least two rows (155-1, 155-2) running one behind the other in the longitudinal direction (L) and extending transversely (Q); Transceiver units of different rows in the transverse direction (Q) are offset from one another in such a way that receiver elements (R1, R2, R3) of mutually offset transceiver units in an overlap region (U1 -2, U2-3) overlap each other, so that the totality of Transmitter / receiver units fully covers an effective test head test width (PKPB);
alle Sende-Empfangseinheiten in dem Prüfkopfgehäuse (1 10) angeordnet sind, und alle Senderelemente (T1 , T2, T3) elektrisch an ein gemeinsames Sender- Anschlusselement (AT) des Prüfkopfs angeschlossen sind.  all transceiver units are arranged in the test head housing (110), and all transmitter elements (T1, T2, T3) are electrically connected to a common transmitter connection element (AT) of the test head.
2. Prüfkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappungsbereiche (U1 -2, U2-3) in Querrichtung eine Breite von mindestens 10% der effektiven Prüfbreite (PB1 , PB2, PB3) aufweisen, wobei die Breite der Überlappungsbereiche vorzugsweise im Bereich von 20% bis 30% der effektiven Prüfbreite liegt. 2. Test head according to claim 1, characterized in that the overlapping regions (U1 -2, U2-3) in the transverse direction have a width of at least 10% of the effective test width (PB1, PB2, PB3), wherein the width of the overlapping regions preferably in the range from 20% to 30% of the effective test width.
3. Prüfkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in einer Reihe (155-1 ) benachbarten Sende-Empfangseinheiten (150-1 , 150-2) ein Abstand (DQ) besteht, der mehr als 30% der effektiven Prüfbreite (PB1 , PB2, PB3) einer Sende- Empfangseinheit beträgt. 3. Test head according to claim 1 or 2, characterized in that between in a row (155-1) adjacent transceiver units (150-1, 150-2), a distance (DQ), which is more than 30% of the effective test width (PB1, PB2, PB3) of a transceiver unit.
4. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderelemente (T1 , T2, T3) und die Empfängerelemente (T1 , T2, T3) jeweils eine Platte aus piezoelektrischem Material aufweisen, wobei die Platten einer Sende- Empfangseinheit relativ zueinander schräg gestellt sind, so dass sich eine spiegelsymmetrisch zu einer Trennebene ausgebildete Dachform ergibt, wobei vorzugsweise in der Trennebene zwischen den Platten eine Trennwand (152-1 ) aus einem ultraschalldämpfenden Material verläuft. 4. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter elements (T1, T2, T3) and the receiver elements (T1, T2, T3) each comprise a plate of piezoelectric material, wherein the plates of a transmitting Receiving unit are inclined relative to each other, so that there is a mirror-symmetrically formed to a parting plane roof shape, preferably in the parting plane between the plates, a partition wall (152-1) extends from an ultrasound-damping material.
5. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prüfkopfgehäuse (1 10) genau drei oder genau vier Sende-Empfangseinheiten (150- 1 , 150-2, 150-3) angeordnet sind, wobei eine erste und eine dritte Sende- Empfangseinheit nebeneinander in einer ersten Reihe (155-1 ) und eine zweite Sende- Empfangseinheit (150-2) symmetrisch versetzt zur ersten und zur dritten Sende- Empfangseinheit in einer zweiten Reihe (155-2) angeordnet ist. 5. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that in the Prüfkopfgehäuse (1 10) exactly three or exactly four transceiver units (150-1, 150-2, 150-3) are arranged, wherein a first and a third Transceiver unit side by side in a first row (155-1) and a second transceiver unit (150-2) symmetrically offset from the first and the third transceiver unit in a second row (155-2) is arranged.
6. Prüfkopf nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sende- Empfangseinheiten (150-1 , 150-2, 150-3) verteilt in einer ersten Reihe (155-1 ) und in einer zweiten Reihe (155-2) angeordnet sind, wobei die Senderelemente von in unterschiedlichen Reihen angeordneten Sende-Empfangseinheiten einander zugewandt im Mittelbereich des Prüfkopfs angeordnet sind und die Platten der Senderelemente aufgrund der Dachform derart relativ zueinander schräg gestellt sind, dass die Senderelemente bedingt durch den Dachwinkel im Betrieb in entgegengesetzte Schrägrichtungen jeweils nach außen abstrahlen. 6. Probe according to one of claims 4 or 5, characterized in that transmitting-receiving units (150-1, 150-2, 150-3) distributed in a first row (155-1) and in a second row (155-2 ), wherein the transmitter elements arranged in different rows transmit-receive units facing each other are arranged in the central region of the probe and the plates of the transmitter elements are so inclined relative to each other due to the roof shape that the transmitter elements due to the roof angle in operation in opposite oblique directions each radiate outward.
7. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfkopfgehäuse (1 10) eine rechteckige Querschnittsform aufweist. 7. Test head according to one of the preceding claims, characterized in that the test head housing (1 10) has a rectangular cross-sectional shape.
8. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Empfängerelemente (R1 , R3, R3) elektrisch an ein separates Empfänger- Anschlusselement (AR1 , AR2, AR3) des Prüfkopfs angeschlossen ist. 8. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that each of the receiver elements (R1, R3, R3) is electrically connected to a separate receiver connection element (AR1, AR2, AR3) of the probe.
9. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sender-Anschlusselement (AT) und die Empfänger-Anschlusselemente (AR1 , AR2, AR3) in einem gemeinsamen Steckergehäuse untergebracht sind. 9. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter connection element (AT) and the receiver connection elements (AR1, AR2, AR3) are accommodated in a common connector housing.
10. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prüfkopfgehäuse (1 10) ein einziger Dämpfungskörper (260) angeordnet ist, der als Dämpfungskörper aller Sende-Empfangseinheiten fungiert. 10. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that in the test head housing (1 10) a single damping body (260) is arranged, which acts as a damping body of all transceiver units.
1 1 . Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf mindestens eine Trennwand aus einem ultraschalldämpfenden Material aufweist, die zwischen in einer Reihe benachbarten Sende-Empfangseinheiten angeordnet ist. 1 1. Test head according to one of the preceding claims, characterized in that the test head has at least one partition made of an ultrasound-damping material, which is arranged between adjacent in a row transceiver units.
12. Ultraschall-Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings unter Relativbewegung des Prüflings gegenüber dem Prüfkopf entlang einer Prüfrichtung, wobei die Ultraschall-Prüfanlage einen oder mehrere der Prüfköpfe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. 12. Ultrasonic testing system for non-destructive testing of a test piece under relative movement of the test piece relative to the test head along a test direction, wherein the ultrasonic test system comprises one or more of the probes according to one of the preceding claims.
PCT/EP2017/057227 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system WO2017174391A1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018552191A JP7122973B2 (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasound Probes and Ultrasound Inspection Systems
EP17714181.9A EP3440458A1 (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system
KR1020187031830A KR102339444B1 (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic Probes and Ultrasonic Inspection Systems
CN201780034635.5A CN109196349A (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic test head and ultrasonic tester
RU2018136368A RU2732102C2 (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic probe and ultrasonic test system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016205548.8A DE102016205548A1 (en) 2016-04-04 2016-04-04 Ultrasonic testing head and ultrasonic testing system
DE102016205548.8 2016-04-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017174391A1 true WO2017174391A1 (en) 2017-10-12

Family

ID=58448525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/057227 WO2017174391A1 (en) 2016-04-04 2017-03-27 Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3440458A1 (en)
JP (1) JP7122973B2 (en)
KR (1) KR102339444B1 (en)
CN (1) CN109196349A (en)
DE (1) DE102016205548A1 (en)
RU (1) RU2732102C2 (en)
WO (1) WO2017174391A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019211479A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 Institut Dr. Foerster Gmbh & Co. Kg Test head arrangement for a test system and test system
KR20210086323A (en) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 에스아이웨어 Device for inspecting defects using nondestructive method
KR102437221B1 (en) 2020-08-26 2022-08-29 한국표준과학연구원 Portable plate material internal crack imaging device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2421429A1 (en) * 1974-05-03 1975-11-13 Krautkraemer Gmbh Non-destructive material testing using ultrasonics - involves several send-receive units with different resonance surfaces in one housing
DE3442751A1 (en) 1984-11-23 1986-06-05 Gerhard Dipl.-Ing. 3352 Einbeck Meurer Ultrasonic test system for sheets of varying width conveyed lying flat on a roller conveyor
DE19533466A1 (en) 1995-09-11 1996-09-12 Siemens Ag Ultrasonic testing head for non-destructive materials testing e.g in test guides
DE19642072A1 (en) 1995-11-27 1997-05-28 Mitsubishi Electric Corp Combined ultrasonic sensor for detecting defects in steel pipes
US20060048577A1 (en) * 2004-08-19 2006-03-09 Haque Md M Ultrasonic sensor system for web-guiding apparatus
DE102008002859A1 (en) 2008-05-28 2009-12-03 Ge Inspection Technologies Gmbh Apparatus and method for non-destructive testing of articles by ultrasound and use of matrix phased array probes

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE521715A (en) * 1952-07-25
JPS547998Y2 (en) * 1974-05-10 1979-04-13
JPS52137390A (en) * 1976-05-12 1977-11-16 Nippon Steel Corp Compound searching contacter
JPS598189Y2 (en) * 1979-06-19 1984-03-13 三菱電機株式会社 Ultrasonic probe unit
DE3048710A1 (en) * 1980-12-23 1982-07-15 GAO Gesellschaft für Automation und Organisation mbH, 8000 München "METHOD FOR TESTING THE WEIGHT OF THICK MATERIAL"
DE3720574A1 (en) * 1987-06-22 1989-01-05 Deutsch Pruef Messgeraete Ultrasonic multiple probe
JPH0467857A (en) * 1990-07-06 1992-03-03 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic device
US6666825B2 (en) * 2001-07-05 2003-12-23 General Electric Company Ultrasound transducer for improving resolution in imaging system
JP2007047092A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Non-Destructive Inspection Co Ltd Ultrasonic probe, ultrasonic testing device having the same, and ultrasonic test method using the same
CN2938089Y (en) * 2006-07-28 2007-08-22 卢明熙 Double-crystal straight probe special for ultrasonic detecting of medium plate
CN101413927A (en) * 2008-09-02 2009-04-22 周南岐 Double-inclined transducer
JP5419424B2 (en) * 2008-11-14 2014-02-19 三菱重工業株式会社 Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method
FR2947633B1 (en) * 2009-07-02 2012-04-13 Snecma DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF A PIECE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2421429A1 (en) * 1974-05-03 1975-11-13 Krautkraemer Gmbh Non-destructive material testing using ultrasonics - involves several send-receive units with different resonance surfaces in one housing
DE3442751A1 (en) 1984-11-23 1986-06-05 Gerhard Dipl.-Ing. 3352 Einbeck Meurer Ultrasonic test system for sheets of varying width conveyed lying flat on a roller conveyor
DE19533466A1 (en) 1995-09-11 1996-09-12 Siemens Ag Ultrasonic testing head for non-destructive materials testing e.g in test guides
DE19642072A1 (en) 1995-11-27 1997-05-28 Mitsubishi Electric Corp Combined ultrasonic sensor for detecting defects in steel pipes
US20060048577A1 (en) * 2004-08-19 2006-03-09 Haque Md M Ultrasonic sensor system for web-guiding apparatus
DE102008002859A1 (en) 2008-05-28 2009-12-03 Ge Inspection Technologies Gmbh Apparatus and method for non-destructive testing of articles by ultrasound and use of matrix phased array probes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. WEBER ET AL.: "Betriebliche Erfahrungen mit einer neuen Ganztafel-Ultraschallprüfanlage", DGZFP-JAHRESTAGUNG, 2013, pages 1 - 8

Also Published As

Publication number Publication date
EP3440458A1 (en) 2019-02-13
RU2018136368A3 (en) 2020-05-12
JP7122973B2 (en) 2022-08-22
KR102339444B1 (en) 2021-12-15
RU2732102C2 (en) 2020-09-11
CN109196349A (en) 2019-01-11
DE102016205548A1 (en) 2017-10-05
KR20180128053A (en) 2018-11-30
JP2019516093A (en) 2019-06-13
RU2018136368A (en) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69927788T2 (en) CONTACT ULTRASONIC TRANSFORMER WITH SEVERAL ELEMENTS
EP2294400B1 (en) Device and method for the non-destructive testing of objects using ultrasound and the use of matrix phased array probes
EP1830185B1 (en) Method for ultrasonic inspection of a workpiece in a curvilinear area of its surface and appropriate test assembly for applying the method
DE10248979B4 (en) Multi-element ultrasonic transducer and ultrasonic test method
DE102006003978A1 (en) Method for the non-destructive examination of a specimen having at least one acoustically anisotropic material region
EP1762841B1 (en) Method and device for ultrasonic testing of a workpiece having an uneven surface
WO2012116952A1 (en) Test head for testing a workpiece having an ultrasonic transducer arrangement containing a plurality of transducer elements and process for producing such a test head
WO2017174391A1 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system
WO2012031988A1 (en) Apparatus for internal inspection of a workpiece having a hollow cylindrical hole
DE102019106427B4 (en) Transducer and transducer arrangement for ultrasonic probe systems, ultrasonic probe system and test methods
EP2916129A1 (en) System and method for non-destructive testing of melt-welded joints on thin-walled tubes
DE102011108730B4 (en) Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe
DE112009000944T5 (en) System and method for testing welds
DE102015108720A1 (en) Ultrasonic testing device and method for non-destructive testing of a wheel and a wheel disc
EP1087229B1 (en) Method and device for ultrasonic flaw detection
EP2238443B1 (en) Device and method for the non-destructive testing of a test object by way of ultrasound TOFD technology
DE102014102374B4 (en) Method for testing a workpiece by means of ultrasound
DE3425811A1 (en) Method for determining the wall thickness of a workpiece and/or the sound velocity in a workpiece, and device for carrying out the method
DE102010037981B4 (en) Ultrasonic measuring method and apparatus, in particular for curing monitoring and laminate thickness determination in fiber composite part production
DE102006010009A1 (en) A method of manufacturing an ultrasonic probe with an ultrasonic transducer assembly having a curved transmitting and receiving surface
BE1027960B1 (en) nondestructive material test
DE19738791C1 (en) Ultrasonic transducer arrangement
DE19533466A1 (en) Ultrasonic testing head for non-destructive materials testing e.g in test guides
DE102018109574A1 (en) Device and method for determining the extent of defects by means of V-transmission
DE2421429C2 (en) Ultrasonic probe for the non-destructive material testing of sheet metal using the pulse-echo time-of-flight method

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018552191

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187031830

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017714181

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017714181

Country of ref document: EP

Effective date: 20181105

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17714181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1