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Ultraschallprüfung mit Gruppenstrahlern

Überblick
Im Jahre 2009 konnte KARL DEUTSCH eine Beteiligung an der französischen Firma M2M erwerben, einem renommierten Anbieter von Gruppenstrahler-Prüfelektroniken (englisch Phased Array, siehe auch www.m2m-ndt.com). Eine Vielzahl verschiedener Module ist verfügbar. Parallele Lösungen oder Multiplex-Bauformen mit Kanalzahlen zwischen 16 und 1024 sind verfügbar. Hybrid-Prüfanlagen, mit denen Einschwinger- und Gruppenstrahlerprüfköpfe gemeinsam betrieben werden, sind möglich und werden durch entsprechende Auslegung der Anschlüsse vorkonfiguriert (meist LEMO bzw. Hypertronix). Zudem betreibt KARL DEUTSCH eine Lizenz der marktführenden Ultraschall-Simulations-Software CIVA (entwickelt durch die französische Atombehörde CEA). Diese Software erleichtert die Auslegung der Gruppenstrahler-Prüfköpfe und ermöglicht sogar eine theoretische Abschätzung der erreichbaren Prüfergebnisse. Auf jedem M2M-Modul ist eine Basis-Version der CIVA-Software vorinstalliert.

Grundlagen der Gruppenstrahler-Technik (englisch Phased Arrays)
Die Gruppenstrahler-Technik ermöglicht eine elektronische Veränderung des Schallbündels eines Prüfkopfes. Der Prüfkopf ist hierzu in einzelne Elemente unterteilt. Jedes Element wird durch einen eigenen Prüfkanal elektrisch angesteuert. Die Ansteuerung pro Element erfolgt zu unterschiedlichen Zeitpunkten (Zeitverzögerungen, englisch Delay Laws) und ggf. mit unterschiedlichen Amplituden. Aus der Überlagerung der elementaren Schallfelder entsteht ein resultierendes Schallfeld. Die aktive Element-Gruppe wird oft virtueller Prüfkopf genannt. Durch einen Winkelschwenk kann mit einem Gruppenstrahlerprüfkopf ein großer Prüfbereich erfasst werden. Zudem ist es (innerhalb der Nahfeldlänge des virtuellen Prüfkopfes) möglich, unterschiedliche Fokuspunkte einzustellen und die Prüfempfindlichkeit im Volumen elektronisch zu variieren.

Bauformen
Ein lineares Array ermöglicht eine Steuerung des Schallfeldes in einer Ebene. Ein Matrix-Array ermöglicht einen zweidimensionalen Bündelschwenk, benötigt aber hohe Kanalzahlen. Runde Arrays (ohne und mit Segmentierung, Beispiele rechts im Bild) sind selten im Einsatz.

Fokussierung
Durch unterschiedliche zeitliche Ansteuerung der einzelnen Elemente (symbolisiert durch unterschiedlich hohe rote Balken pro Element) ergeben sich unterschiedliche Fokustiefen. Im Fall b) wird ein oberflächennaher Fokuspunkt eingestellt.

Winkelschwenk
In diesem Beispiel ist der Gruppenstrahler auf einem Kunststoffkeil vormontiert. Durch unterschiedliche zeitliche Ansteuerung der einzelnen Elemente ergeben sich unterschiedliche Prüfwinkel (α 1 bzw. α 2).

Rohrprüfung mit Linearscan
In diesem Beispiel wird eine Innennut in einem HF-geschweißten Rohr mit einem 45°-Prüfwinkel erfasst. Der Gruppenstrahler hat 96 Elemente; der verwendete virtuelle Prüfkopf hat 16 Elemente. Rechts im Bild sind weitere 18 virtuelle Prüfköpfe durch Linien angedeutet. Die Schussdichte (Linienabstand) ist elektronisch einstellbar. Das Aktivieren benachbarter virtueller Prüfköpfe innerhalb eines Gruppenstrahlers wird Linear-Scan genannt. Hierdurch wird ein großes Prüfvolumen mit einem Gruppenstrahler erfasst.


Weiterführende Literatur


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20. Dezember 2016
AK-Sitzung der DGZfP in Dortmund am 6. Dezember 2016
(mit Video-Impressionen)

27. Juni 2016
KARL DEUTSCH
auf der WCNDT

16. April 2015
Open House 2015:
Ein Rückblick auf Video und in einem Flyer

06. Januar 2015
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