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Making Cure Visible
(2005)
Die Ultraschallmikroskopie von kleinen Bauteilen mit fokussierenden Prüfköpfen
ist seit Jahren gängige Praxis. Leider Ist sie für den Einsatz in der On-Line-
Qualitätskontrolle zu zeitaufwändig. Deshalb wurde an der Bundesanstalt für
Materialforschung und -prüfung (BAM) auf der Basis von Polyvinyliden-Fluorid
(PVDF) wurde eine fokussierende Wandlerzeile entwickelt Sie ist Teil eines Prüfgerätes,
das durch die Verbindung von mechanischer und elektronischer Steuerung
des Ultraschallfeldes hohe Abtastgeschwindigkeiten erreicht. Dadurch, können
die Prüfzeiten so stark reduziert werden, dass eine On-line-Nutzung möglich
wird.
Das Ultraschallfeld der Wandlerzeile wurde dreidimensional ausgemessen und
das Ergebnis mit einem numerischen Modell /1/ verglichen. Die Übereinstimmung
zwischen berechnetem und gemessenem Schallfeld war sehr gut. Eine
Optimierung der elektronischen Ansteuerung führte darüberhinaus zu einer
erheblichen Reduzierung der störenden Nebenmaxima. Die Mittenfrequenz der
Prüfimpulse liegt über 15 MHz und der Fokus des Prüfkopfes beträgt weniger als
0,5 mm im Durchmesser.
Mit dieser Wandlerzeile und der entsprechenden elektronischen Steuerung
wurde eine Aluminium-Schweißnaht untersucht, die vorher mit einem konventionellen
fokussierenden Prüfkopf abgetastet worden war. Beide Prüfergebnisse
zeigen die gleiche Strukturauflösung, so dass der Zeitgewinn uneingeschränkt
als Vorteil für die Wandlerzeile zu Buche schlägt.
Das Fließ-Härtungs-Verhalten von Duroplastformmassen wird gegenwärtig nur
unvollständig durch empirische Größen beschrieben. Diese ungenauen und
unsicheren Angaben können zu Schwierigkeiten bei der optimalen Einstellung
der Fertigungsmaschinen des Verarbeiters führen. Insbesondere Veränderungen
der Formmasseeigenschaften während des Transportes und der Lagerung stören
die Produktion. Das vorgestellte Messverfahren mit Ultraschall-sensoren ermöglicht
die schnelle und vollständige Erfassung des Fließ-Härtungs-Verhaltens, auch
während des technologischen Prozesses. Experimentelle Ergebnisse zu
Alterungs-erscheinungen dieser Formmassen illustrieren den Nutzen des
Verfahrens für Formmasse-produzenten und -verarbeiter.
Adhesively bonded aluminum components have been widely used in the aerospace industry for weight-efficient and damage-tolerant structures. Automated squirter jet immersion ultrasonic testing is a common inspection technique to assure the bond integrity of large, contoured assemblies. However, squirter jet inspection presents several limitations in scanning speed, related to water splash noise over protruding stiffeners and splash interference crosstalk in multi-channel inspection systems. Air-coupled ultrasonic testing has been evaluated as an alternative, possibly offering the benefits of increased throughput by enabling higher speeds, and eliminating the contamination concerns and maintenance issues of water couplant systems. Adhesive joints of multi-layer aluminum plates with artificial disbonds were inspected with novel air-coupled ultrasonic probes based on cellular polypropylene. Disbonds of various sizes were engineered in several multi-layer configurations and at various depths. Results were compared with squirter jet immersion and conventional piezoelectric transducer designs in terms of scan contrast, resolution and inspection time.
Airborne ultrasonic inspection is performed in through transmission, where the test piece (e.g. adhesive joint or polymer-based composite plate) is placed between the transmitter and the receiver. However, many structures with difficult shapes allow only one-sided inspection. The strong reflection of the signal from the surface overshadows the signals from the inside, so that broadband pulses are required. Thermoacoustic transmission, where the thermal energy of an electrically heated electrode is transformed into the acoustic energy of an ultrasonic wave, opens the possibility to excite broadband pulses and thus to inspect objects with one-sided access.
We present various thermoacoustic transducers consisting of an electrically conductive film on a solid substrate. The first type of transducer is a transmitter with an indium-tin-oxide electrode on a glass substrate combined with a laser Doppler vibrometer as a receiver. The second type of transducer combines thermoacoustic transmission and piezoelectric reception, having a titanium electrode as a transmitter deposited onto charged cellular polypropylene serving as a piezoelectric receiver.
Using a focusing thermoacoustic transmitter and a separate cellular polypropylene receiver, a through-transmission inspection of a 4 mm thick CFRP test piece with inserts as small as 1 mm was performed. The same emitter and a laser vibrometer as a receiver were used for a one-sided inspection of a Plexiglas block with a cross hole at 15 mm depth. A twin probe consisting of a thermoacoustic transmitter on a cellular polypropylene receiver was applied to a profile measurement on a step wedge with flat bottom holes. The smallest detected diameter of a flat bottom hole was 1 mm. Sound pressure level above 140dB was achieved with each of these transmitters. Thermoacoustic transmitters enable a step towards one-sided air-coupled ultrasonic inspection.