IDE-Projekt sonocrawler

Im Bereich der zerstörungsfreien Materialprüfung ist die Prüfung mittels Ultraschall ein seit Jahrzehnten bewährtes Verfahren. Die Basis des Messverfahrens bildet die Abhängigkeit der Schallausbreitung von den Materialeigenschaften des durchschallten Mediums. Somit ist es möglich durch die Bestimmung von Amplitude und Laufzeit des akustischen Signals Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften bzw. den Bauteilzustand zu treffen. Das Haupteinsatzgebiet von Ultraschall in der zerstörungsfreien Materialprüfung ist die Wanddickenmessung und die Rissprüfung. Sogenannte Wanddickenmesser bestimmen die Wandstärke von Prüfstücken unter Angabe der entsprechenden Schallgeschwindigkeit. Bei der sogenannten Rissprüfung wird nach Volumenfehlern im Material gesucht. Damit können Inhomogenitäten, Einschlüsse, Lunker sowie Risse detektiert werden.

Am meisten verbreitet ist die Anwendung der Impuls-Echo-Technik. Hierbei wandelt ein Ultraschallwandler ein elektrisches Signal in eine Ultraschallwelle um. Diese wird durch eine sogenannte Anpassschicht oder einen Vorlauf unter Verwendung eines Koppelmittels in ein Prüfstück eingekoppelt. Trifft die Schallwelle im Prüfstück auf eine Grenzfläche mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen wird ein Teil der Schallwelle reflektiert. Diese reflektierte Schallwelle wird vorzugsweise vom gleichen Prüfkopf detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die bildgebenden Ultraschallprüfgeräte stellen diese elektrischen Signale in Form einer U(t) Kennlinie dar.  Diese Darstellung wird als A-Bild bezeichnet. Für bestimmte Anwendungen ist es notwendig den Verlauf der A-Bilder entlang einer Linie zu ermitteln. Das dabei entstehende Bild U(x,t) wird als B-Bild bezeichnet. Zur Aufnahme solcher B-Bilder gibt es aktuell 2 unterschiedliche Verfahren. Beim sogenannten zeitlich kodierten B-Bild wird in einem festgelegten zeitlichen Intervall ein A-Bild aufgenommen und gespeichert. Der Prüfer muss dabei den Prüfkopf möglichst konstant über das Prüfstück bewegen. Die Koordinate x, also die Position des Prüfkopfes wird hier durch das zeitliche Intervall abgebildet. Der „Human Factor“ spielt dabei eine entscheidende Rolle. Aufgrund dessen ist das Verfahren zwar technisch einfach realisierbar allerdings auch fehleranfällig. Ein besseres Verfahren ist die Verwendung eines Manipulators mit integriertem Wegaufnehmer.

Für diesen Zweck soll im Rahmen dieses Projektes mit der SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH, einem führenden Lösungsspezialisten in der Ultraschallmesstechnik, ein Crawler entwickelt werden, mit dem es durch die Integration von Wegaufnehmern möglich ist, die Position des Ultraschallprüfkopfes zu ermitteln und dem Auswertegerät zur Verfügung zu stellen.

In diesem Projekt ist die korrekte Darstellung in einem zweidimensionalen B-Bild wichtig, was eine exakte Linienführung des Prüfkopfes voraussetzt. Da eine manuelle Bewegung des Prüfkopfes diese nicht garantiert, soll eine Halterung zur linearen Prüfkopfführung, unter Berücksichtigung der Prüfkopfankopplung sowie ergonomischer und gestalterischer Aspekte, entwickelt werden. Integrierte Wegaufnehmer ermöglichen die Verfolgung der Position des Ultraschallprüfkopfes.

Unter Verwendung von industrietauglichen und robusten Materialien soll weiterhin eine ergonomisch Störfreie Einhandbedienung für den manuellen Betrieb ermöglicht werden.

(Bild: Skizze von Andreas Bodi und Björn Kokoschko)