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    • 专利摘要:
    Beschrieben wird ein Wandler aus mindestens drei Wandlerelementen, die einen Sektor einer Elementarwelle mit einer virtuellen Punktquelle approximieren, sowie eine Wandleranordnung mit drei Wandlern aus mindestens drei Wandlerelementen, wobei die Wandler im Querschnitt entlang der kürzeren Grundseite und den beiden nicht parallelen Schenkeln eines virtuellen Trapezes angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Ultraschall-Prüfkopfsystem mit der erfindungsgemäßen Wandleranordnung und ein Prüfverfahren mit einem Wandler aus mindestens drei Wandlerelementen, wobei die Anzahl der Wandlerelemente eine virtuelle Vergrößerung erfährt.
    公开号:EP3709014A1
    申请号:EP20162507.6
    申请日:2020-03-11
    公开日:2020-09-16
    发明作者:Rainer Boehm；Thomas Heckel
    申请人:Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie；
    IPC主号:G01N29-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Wandler und Wandleranordungen für Ultraschall-Prüfkopfsysteme, ein Ultraschallprüfkopfsystem sowie Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material, insbesondere in Schienen.
    [0002] Für die zerstörungsfreie Überprüfung von Materialien hat sich die Ultraschallprüfung bewährt, insbesondere im Volumen und an unzugänglichen Oberflächen. Dazu wird ein Ultraschallwandler, der Ultraschallimpulse aussenden und empfangen kann, über eine zugängliche Oberfläche des zu prüfenden Materials geführt, wobei sich für gewöhnlich ein Koppelmedium wie Wasser oder Öl zwischen dem Ultraschallwandler und der Oberfläche des Materials befindet. Ein angeschlossenes Gerät erzeugt die elektrischen Sendeimpulse und empfängt die elektrischen Signale vom Ultraschallwandler, die dort entstehen, wenn ihn ein zum Beispiel an der Rückwand oder einer Fehlstelle des Materials reflektierte oder gestreute Echo erreicht. Das Signal kann zum Beispiel in Form des Zeitverlaufs der Amplitude dargestellt werden. Für die Überprüfung von verlegten Eisenbahnschienen werden insbesondere Schienenprüfzüge verwendet, die eine Vielzahl von Ultraschallprüfköpfen aufweisen, die die Schienen abrastern. Durch eine Vielzahl von Einschallrichtungen von verschiedenen Punkten aus wird versucht, möglichst viele Fehler zu detektieren.
    [0003] Eine Entwicklung der Ultraschalltechnik ist die Phased-Array-Technik oder auch Gruppenstrahler-Technik, bei der mehrere verschiedene Winkel mit einem Phased-Array-Prüfkopf realisiert werden können. Die Phased-Array-Technik stellt im Allgemeinen hohe Anforderungen an die Gerätetechnik und erfordert längere Prüfzeiten im Vergleich zur Prüfung mit mehreren parallel arbeitenden Festwinkelprüfköpfen.
    [0004] Die vorliegende Erfindung beschreibt ein vereinfachtes Ultraschall-Prüfkopfsystem und ein verbessertes Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material, insbesondere in Schienen. Des Weiteren werden Wandler sowie Wandleranordnungen für ein Ultraschall-Prüfkopfsystem vorgestellt, die dessen vereinfachten Aufbau und effektive Funktionsweise begünstigen.
    [0005] Die erfindungsgemäßen Wandler ermöglichen beispielsweise einen hohen Energieeintrag in das zu prüfende Material sowie das Abdecken mehrerer Einschallwinkel gleichzeitig. Da ein Fehler im Material nur nachgewiesen werden kann, wenn sein Echo auch empfangen wird, ist zudem die geometrische Anordnung zwischen Sender, Empfänger und dem Fehler entscheidend. Die erfindungsgemäße Wandleranordnung erlaubt das gleichzeitige Abdecken mehrerer Einschallwinkel und verhindert weitestgehend eine Überlagerung von Schallwellen, die von verschiedenen Wandlern ins Material eingekoppelt werden. Die erfindungsgemäße Wandleranordnung kann zudem in nur einem bzw. in wenigen Prüfköpfen untergebracht werden und bedingt damit einen deutlich vereinfachten Aufbau des erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfsystems im Vergleich zu konventionellen Ultraschall-Systemen, ohne dass dabei weniger Prüfwinkel bei der Prüfung eines Materials berücksichtigt werden.
    [0006] Das erfindungsgemäße Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material kann bereits mit einer geringen Anzahl an Wandlerelementen realisiert werden und erlaubt daher auch den Einsatz der erfindungsgemäßen Wandler, der erfindungsgemäßen Wandleranordung und/oder des erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfsystem, die ebenfalls jeweils bereits mit einer Anzahl von mindestens drei Wandlerelementen funktionstüchtig sind. Durch das erfindungsgemäße Prüfverfahren kann zudem eine verbesserte Ergebnisdarstellung realisiert werden.
    [0007] Im Folgenden werden Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung mit Bezug auf die Figuren genauer erläutert. In den Figuren wird gezeigt:Fig. 1 zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wandlers mit 5 Wandlerelementen; Fig. 2, 3 und 4 zeigen jeweils eine schematische Ansicht der Wandleranordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 5, 6 und 7 zeigen jeweils eine schematische Ansicht der Wandleranordnung in einem Prüfkopf in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 8 zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht einer virtuellen Vergrößerung einer Anzahl von Wandlerelementen; Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Prüfkopfs in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild eines Mehrkanalsystems zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfsystems.
    [0008] Abbildung 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wandlers 100 mit 5 Wandlerelementen 110, die auf einem Kreisbogen eines virtuellen Kreises 120 angeordnet sind. Die Wandlerelemente 110 bilden somit ein gekrümmtes Lineararray (1D-Array). Die Wandlerelemente 110 dienen dem Senden und Empfangen von Schallwellen und können insbesondere Ultraschallwandlerelemente wie beispielsweise Piezoelemente sein. Die Anordnung der Wandlerelemente 110 wird erfindungsgemäß so gestaltet, dass sich die von den Wandlerelementen 110 ausgesandten Schallwellen derart überlagern, dass sie einen Sektor einer Elementarwelle 130 approximieren, deren virtuelle Punktquelle 140 im Mittelpunkt des virtuellen Kreises 120 liegt. Unter einer Elementarwelle wird dabei eine sich von einem Punkt aus nach allen Seiten hin ausbreitende Kreis- oder Kugelwelle verstanden. Der erfindungsgemäße Wandler 100 ahmt somit einen Teil einer konzentrischen Wellenfront einer Punktquelle nach, die sich beabstandet befände, und erzeugt seinerseits einen Sektor konzentrischer Wellenfronten 131, die den konzentrischen Wellenfronten der Punktquelle in einem noch größeren Abstand von der Punktquelle entsprechen würden.
    [0009] Der Vorteil dieser Anordnung an Wandlerelementen 110 besteht darin, dass der Wandler 100 im Gegensatz zu einer tatsächlich realisierbaren annähernd punktförmigen Schallquelle eine höhere Energiedichte erzeugen kann. Die Energie einer Elementarwelle verteilt sich mit zunehmendem Abstand zur Punktquelle auf eine immer größere Fläche, die Energiedichte bzw. Leistungsdichte nimmt dabei mit dem reziproken Abstandsquadrat 1/r 2 ab. Das heißt, dass sich zum Beispiel mit der Verdopplung der Entfernung zur Punktquelle (zum Sender) die Leistungsdichte auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes reduziert wird.
    [0010] Durch das Approximieren einer virtuellen Punktquelle ermöglicht der erfindungsgemäße Wandler 100 gleichzeitig allerdings auch die Anwendung einfacher Algorithmen, die für gewöhnlich punktförmigen Wandlern vorbehalten sind. Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße Wandler die Verwendung des SAFT-Algorithmus, bei dem nur wenige zusätzliche Parameter Berücksichtigung finden müssen.
    [0011] Der SAFT-Algorithmus geht normalerweise nur von ein oder zwei kleinen Wandlerelementen aus, deren Ortskoordinaten bekannt sind, je nachdem, ob es sich um eine monostatische oder eine bistatische Anordnung handelt. Der erfindungsgemäße Wandler 100 erlaubt den Einsatz eines adaptierten SAFT-Algorithmus, in den beispielsweise der Abstand des Wandlers 100 von der virtuellen Punktquelle 140 mit einfließt sowie die Intensitätsabnahme. Gleichzeitig kann mit dem Wandler 100 eine höhere Energiedichte bzw. Intensität in ein Material geschallt werden, als dies eine einzelne Punktquelle erlauben würde. Daraus resultiert eine stärkere Anregung und Antwort des beschallten Materials.
    [0012] Um den Sektor der Elementarwelle 130 approximieren zu können, sollte der Wandler mindestens drei Wandlerelemente 110 aufweisen, wobei die Annäherung an eine Elementarwelle mit Punktquelle umso genauer wird, desto mehr Wandlerelemente 110 der Wandler aufweist. Da in der Praxis allerdings jedes Wandlerelement im Empfangsfall, wenn also das Echo der ausgesandten Schallwellen wieder empfangen wird, einen Datensatz produzieren wird, ist es sinnvoll, die Anzahl der Wandlerelemente 110 begrenzt zu halten und bevorzugt nicht mehr als 16 Wandlerelemente 110 für den Wandler zu verwenden. Besonders bevorzugt weist der Wandler 5 bis 10 Wandlerelemente 110 auf. Insbesondere haben sich 7 Wandlerelemente 110 als besonders vorteilhaft erwiesen, da 7 Wandlerelemente in der Lage sind, den Sektor der Elementarwelle 130 relativ gut zu approximieren und gleichzeitig ein möglicher erzeugter Datensatz sowie der Aufwand für die Gerätetechnik noch überschaubar bleiben.
    [0013] Durch die Anordnung der Wandlerelemente 110 des erfindungsgemäßen Wandlers 100 divergiert das entsandte Schallfeld in der von der virtuellen Punktquelle 140 abgewandten Richtung, wodurch eine "natürliche" Defokussierung des entsandten Schallfeldes bezogen auf ihre geometrische Appertur stattfindet. Eine Punktquelle ist in der Regel divergent und hat keinen Fokus. Eine auf einen Raumwinkel begrenzte Anordnung von Quellen (begrenzter Halbstrahler) hat hingegen immer einen natürlichen Fokuspunkt aufgrund der geometrischen Abmessung und der abgestrahlten Wellenlänge. Die Anordnung der Wandlerelemente mit der Approximation einer (raumwinkelbegrenzten) Elementarwelle wirkt der natürlichen Fokussierung entgegen, womit der natürliche Fokus in Richtung des Schallfeldes einer Punktquelle (ungerichtet) "defokussiert". Die Defokussierung, also Verbreiterung des Schallfeldes (mit dem Ziel eine quasi raumwinkelbegrenzten Elementarwelle zu erzeugen), ermöglicht einen breiteren Winkelbereich in einem Material, das sich in der von der virtuellen Punktquelle 140 abgewandten Richtung befindet, zu beschallen und zu prüfen. Eine zusätzliche Schallfeldverbreiterung (Optimierung der quasi raumwinkelbegrenzten Elementarwelle) kann durch ein verzögertes (elektronisches) Ansteuern der einzelnen Wandlerelemente 110 des Wandlers 100 erreicht werden, sodass die einzelnen Schallwellen geringfügig verzögert ausgesendet werden. Zur Verbreiterung des Schallfeldes sollten die äußersten Wandlerelemente des Wandlers hierfür die größte Verzögerung erfahren, während die Verzögerungswerte zur Mitte des Wandlers 100 hin abnehmen.
    [0014] Ein verzögertes Ansteuern der einzelnen Wandlerelemente 110 kann zudem dazu verwendet werden, einzelne Laufzeitkorrekturen herbeizuführen, um insbesondere herstellungsbedingte oder materialtechnische Variationen auszugleichen (individuelle Laufzeit-/Phasenkorrektur zum Ausgleich von Produktionsungenauigkeiten). Durch eine relative Verzögerungsbelegung der Sendeimpulse zueinander (im Bereich der Kohärenzlänge des Sendeimpulses) können die Eigenschaften des vom erfindungsgemäßen Wandler 100 erzeugten Schallfeldes beim Senden verbessert werden, sodass zum Beispiel auch nicht ideal kreisbogenförmig angeordnete Wandlerelemente 110 einen Sektor einer Elementarwelle 130 effizient approximieren.
    [0015] Prinzipiell können auch die Wandlerelemente 110 selbst eine gebogene Form aufweisen, um die Anordnung auf dem Kreisbogen zu optimieren.
    [0016] Um einen bestimmten Winkelbereich in einem Material abzudecken, muss die Brechung an etwaigen Grenzflächen (z.B. zwischen Stahl, Koppelmedium und Acrylglas) berücksichtigt werden sowie die Ausrichtung des Wandlers selbst. Auch die Anordnung der Wandlerelemente auf dem Kreisbogen ist relevant. Der Kreisbogen wird durch die äußersten Kanten des Wandlers begrenzt und definiert einen Mittelpunktswinkel 150, wie er in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist. Der Mittelpunktswinkel 150 des Kreisbogens kann je nach gewünschtem Winkelbereich im Material, der beschallt werden soll, der Ausrichtung des Wandlers 100 und den zu berücksichtigenden Brechungen variieren, beträgt vorzugsweise aber nicht weniger als 15° und nicht mehr als 80°, besonders bevorzugt nicht weniger als 20° und nicht mehr als 70°, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 25° und nicht mehr als 40°.
    [0017] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Wandleranordnung 200 für ein Ultraschall-Prüfkopfsystem, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wandler 201, 202, 203 zum Senden und Empfangen von Schallwellen umfasst, wobei jeder der Wandler mindestens drei Wandlerelemente 210 aufweist.
    [0018] Die erfindungsgemäße Wandleranordnung lässt sich im Querschnitt anhand eines virtuellen Trapezes 260 veranschaulichen, wobei das virtuelle Trapez 260 unterschiedlich lange Grundseiten sowie nicht-parallele Schenkel aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Innenwinkel 270 an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes 260 jeweils einen Betrag von 95° bis 175°, besonders bevorzugt von 100° bis 170°, ganz besonders bevorzugt von 110° bis 165° auf. Bevorzugt ist zudem, dass das virtuelles Trapez 260 ein gleichschenkliges Trapez ist.
    [0019] Wie beispielhaft in Fig. 2, 3 und 4 gezeigt, sind die Wandlerelemente jedes Wandlers zu einem Lineararray angeordnet, wobei das Lineararray zum Beispiel gerade, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, oder auch gekrümmt sein kann, wie beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Die Wandlerelemente des zweiten Wandlers 202 sind im Querschnitt im Wesentlichen entlang einer Geraden angeordnet, die parallel zu den Grundseiten des virtuellen Trapezes 260 ist. Die Wandlerelemente des ersten und des dritten Wandlers 201, 203 sind hingegen im Wesentlichen entlang der Schenkel des virtuellen Trapezes 260 angeordnet.
    [0020] Die Anordnung der Wandlerelemente 210 eines Wandlers entlang bzw. im Wesentlichen entlang einer virtuellen Linie, d.h. der Geraden oder der Schenkel, beschreibt dabei insbesondere die Längsrichtung des jeweiligen Wandlers, also des Lineararrays, d.h. die Richtung, in die sich die Wandlerelemente eines Wandlers aneinanderreihen. Die Formulierung "im Wesentlichen entlang einer Geraden" bzw. "im Wesentlichen entlang der Schenkel" ist also nicht so zu verstehen, dass alle Wandlerelemente eines Wandlerelements direkt auf der Geraden bzw. den Schenkeln liegen müssen. Beispielsweise bei einem gekrümmten Lineararray können die Schenkel des virtuellen Trapezes 260 auch jeweils einer Tangente an der Mitte eines Kreisbogens entsprechen, auf dem die Wandlerelemente 210 des ersten und dritten Wandlers 201, 203 angeordnet sind, und die Gerade kann einer Tangente an der Mitte eines Kreisbogens entsprechen, auf dem die Wandlerelemente 210 des zweiten Wandlers 202 angeordnet sind. Bei einer ungeraden Anzahl an rechteckig geformten Wandlerelementen würde so beispielsweise das mittlere Wandlerelement auf der virtuellen Linie liegen. Im Falle eines geraden linearen Wandlers (gerades Lineararray), wie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt, können die Wandlerelemente direkt auf der jeweiligen virtuellen Linie liegen, den Fall des gekrümmten linearen Wandlers (gekrümmtes Lineararray) zeigt Fig. 4 beispielhaft.
    [0021] Das virtuelle Trapez dient als Hilfslinie zur Beschreibung der Wandleranordnung und sollte in einem realistischen Rahmen ausgelegt werden, sodass beispielsweise die Länge der Schenkel des virtuellen Trapezes in etwa der Länge des ersten und dritten Wandlers und die Länge der kürzeren Grundseite in etwa der Länge des zweiten Wandlers (vgl. Fig. 2, 3 und 4) entspricht, um zum Beispiel eine unnötige Vergrößerung des benötigten Bauraums für die Wandleranordnung auszuschließen.
    [0022] Die Wandler 201, 202, 203 schallen im Allgemeinen in eine Normalenrichtung wie sie beispielhaft in Fig. 2, 3 und 4 als Schallrichtung 213 dargestellt ist. Das heißt, die Wandler schallen im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsrichtung, wobei jede Normalenrichtung in der Realität von einem breiteren Schallfeld umgeben ist, wie beispielsweise in Fig. 9 angedeutet. Die Wandler 201, 202, 203 sind bevorzugt jeweils derart ausgerichtet, dass sie ganz oder zumindest teilweise in eine Richtung 212 schallen können, die von der längeren Grundseite des virtuellen Trapezes zur kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes 260 verläuft. Wenn der zweite Wandler 202 im Wesentlichen entlang der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes 260 angeordnet ist, hieße das beispielsweise, dass der erste, zweite und der dritte Wandler 201, 202, 203 jeweils vom Inneren des virtuellen Trapezes 260 wegschallen. Eine Oberfläche eines zu prüfenden Materials befände sich dann insbesondere gegenüber der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes 260.
    [0023] Der zweite Wandler 202 kann entlang einer Längsrichtung des Querschnitts sowohl vor dem ersten Wandler 201, zwischen dem ersten und dritten Wandler 201, 203 als auch nach dem dritten Wandler 203 angeordnet sein. Um in einer späteren Anwendung der Wandleranordnung den Bauraum, der für die Wandleranordnung benötigt würde, und die Koppelfläche möglichst gering zu halten, ist der zweite Wandler 202 in einer vorteilhaften Ausführungsform entlang einer Längsrichtung des Querschnitts zwischen dem ersten und dritten Wandler 201, 203 angeordnet. Wie beispielhaft in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt, ist die Reihenfolge der Wandler im Querschnitt von links nach rechts somit: erster Wandler 201, zweiter Wandler 202, dritter Wandler 203. Anders ausgedrückt, liegt der zweite Wandler 202 direkt auf oder oberhalb oder unterhalb der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes. Die Anordnung oberhalb der kürzeren Grundseite erlaubt dem zweiten Wandler 202 eine vergleichsweise lange Vorlaufstrecke, sodass bei einer späteren Anwendung eine Eintrittsechowiederholung zu größeren Zeiträumen verschoben wird, und kann daher vorteilhaft sein.
    [0024] Bevorzugt ist der zweite Wandler 202 im Inneren des virtuellen Trapezes 260 angeordnet, um beispielsweise den Bauraum nicht unnötig zu vergrößern, und zwar so, um von der längeren Grundseite des virtuellen Trapezes 260 wegzuschallen. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des zweiten Wandlers entlang der kürzeren Grundseite des Trapezes wie beispielsweise in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt.
    [0025] In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen der erste, zweite und der dritte Wandler 201, 202, 203 jeweils mindestens drei Wandlerelemente 210, um durch Überlagerung der entsandten Schallwellen der einzelnen Wandlerelemente 210 eines Wandlers eine ebene Welle bzw. eine Elementarwelle approximieren zu können. Um im Empfangsfall einen überschaubaren Datensatz zu produzieren, ist es aus heutiger Sicht zweckmäßig nicht mehr als 16 Wandlerelemente pro Wandler zu verwenden, wobei theoretisch auch deutlich mehr, z. B. 128, Wandlerelemente Verwendung finden können. Besonders bevorzugt weisen der erste, zweite und dritte Wandler 5 bis 10 Wandlerelemente 210 auf. Insbesondere haben sich 7 Wandlerelemente 210 als besonders vorteilhaft erwiesen, da die Qualität der erzeugten Schallwelle, der erzeugte Datensatz sowie der Aufwand für die Gerätetechnik sich hierbei die Waage halten.
    [0026] Der erste und der dritte Wandler 201, 203 sind vorzugsweise baugleich, umfassen also zum Beispiel gleich viele Wandlerelemente, und sind im Querschnitt spiegelsymmetrisch angeordnet.
    [0027] Insbesondere kann es sich beim ersten, zweiten und dritten Wandler 201, 202, 203 um einen erfindungsgemäßen Wandler 100 handeln, wie er weiter oben beschrieben ist.
    [0028] Die Wandleranordnung 200 kann in einem Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 verwendet werden. Das erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 kann einen Prüfkopf 280 oder mehrere, insbesondere 3, Prüfköpfe aufweisen. Die Verwendung von nur drei Prüfköpfen oder sogar nur einem Prüfkopf reduziert die Komplexität und die Anzahl von Prüfköpfen gegenüber konventionellen Systemen. Da auf eine Vielzahl von Prüfköpfen bei der Prüfung eines Materials verzichtet werden kann, ist das erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 auf einem deutlich geringeren Bauraum als konventionelle Prüfsysteme realisierbar.
    [0029] Bei der konventionellen Ultraschallprüfung von Schienen mit Hilfe eines Schienenfahrzeuges werden beispielsweise 8 bis 10 Prüfköpfe pro Schiene auf einem Bauraum von mindestens einem Meter Länge untergebracht, wohingegen das erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 bzw. die erfindungsgemäße Wandleranordnung 200 in einem Schienenfahrzeug auch auf einem Bauraum von deutlich unter einem Meter Länge Platz findet. Das Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 kann auf einem Bauraum von etwa 20 cm Länge und 3 cm Breite realisiert werden.
    [0030] Wird die Wandleranordnung 200 auf drei Prüfköpfe aufgeteilt, wobei jeder Prüfkopf einen der drei Wandler umfasst, bietet dies den Vorteil, dass bei einem defekten Wandler nicht die ganze Wandleranordnung ausgetauscht werden muss, sondern einzelne Wandler der erfindungsgemäßen Wandleranordnung 200 substituiert werden können. Da der erste und der dritte Wandler 201, 203 baugleich realisiert werden können, können hier zudem Produktions-und Lagerkosten eingespart werden.
    [0031] Die Unterbringung der Wandleranordnung 200 in einem einzelnen Prüfkopf ermöglicht hingegen einen kompakten und einfachen Aufbau des Ultraschall-Prüfkopfsystems 300 und erlaubt bei einem Defekt oder Ähnlichem den verhältnismäßig einfachen Austausch der Wandleranordnung 200 des Ultraschall-Prüfkopfsystems 300.
    [0032] Das Ultraschall-Prüfkopfsystems 300 kann eine Vorlaufstrecke zum Beispiel in Form eines Prüfkopfkeils aufweisen. Die Wandleranordnung 200 kann auf dem Prüfkopfkeil 290 fixiert werden, der zum Beispiel aus einem oder mehreren Teilen bestehen kann. Vorzugsweise bildet der Prüfkopfkeil 290 die Form der Wandler 201, 202, 203 sowie der Wandleranordnung 200 derart ab, dass eine vollflächige Verklebung zwischen dem Prüfkopfkeil 290 und jeweils einer Seite der Wandler 201, 202, 203 ermöglicht wird, wie dies beispielhaft in den Figuren 5 bis 7 gezeigt ist. Die Wandler 201, 202, 203 sind dabei so angeordnet, dass sie in den Prüfkopfkeil 290 hineinschallen können. Das Material des Prüfkopfkeils 290 wird vorzugsweise so gewählt, dass die Geschwindigkeit der Longitudinalwellen, die von den Wandlern der Wandleranordnung ausgesandt werden, im Prüfkopfkeil 290 geringer ist als im zu prüfenden Material. Für die Prüfung von Schienen(stahl) kommt hier insbesondere Kunststoff in Frage, wobei vor allem Plexiglas und Polystyrol bevorzugt sind. Auch eine Aufhängung des ersten, zweiten und dritten Wandlers 201, 202, 203 der Wandleranordnung 200 in beispielsweise Wasser ist denkbar, um eine Vorlaufstrecke zu realisieren.
    [0033] Durch die erfindungsgemäße Wandleranordnung 200 können verschiedene Einschallwinkel im zu prüfenden Material realisiert werden. Der Einschallwinkel ergibt sich aus der Ausbreitungsrichtung der Wellenfronten im zu prüfenden Material, die durch die Überlagerung der Schallwellen der einzelnen Wandlerelemente 210 eines Wandlers entstehen, wobei sich der Einschallwinkel jeweils gegenüber einem Lot einer Oberfläche des zu prüfenden Materials definiert, über die das Ultraschall-Prüfkopfsystem geführt wird. Ein senkrechtes Beschallen, wie insbesondere beim zweiten Wandler 202 möglich, entspricht dementsprechend einem Einschallwinkel von 0°, während der in Fig. 9 beispielhaft angegebene mittlere Einschallwinkel 440 am dritten Wandler 203 etwa 45° (bzw. -45°) entspricht.
    [0034] Der erste, der zweite und der dritte Wandler 201, 202, 203 weisen durch die trapezartige Anordnung und die damit verbundenen verschiedenen Orientierungen gegenüber der Oberfläche eines zu prüfende Materials jeweils verschiedene Einschallwinkel auf. Wie weiter oben bereits erläutert, ist der Einschallwinkel in Normalenrichtung (vgl. Schallrichtung 213) in der Realität von einem Schallfeld umgeben, sodass jeder der Wandler einen Winkelbereich im Material beschallt, der mehrere Einschallwinkel abdeckt. Der Winkelbereich 445 kann dabei jeweils über eine verzögerte Ansteuerung der Wandlerelemente 210 eines Wandlers variiert werden. So können beispielsweise über Winkelkorrekturen herstellungsbedingte oder materialtechnische Abweichungen vom gewünschten Winkelbereich ausgeglichen werden oder der Winkelbereich durch Defokussierung des Schallfeldes verbreitert werden, sodass Echos aus einem größeren Materialbereich empfangen und Fehlstellen mit stärker abweichenden Orientierungen im Material detektiert werden können.
    [0035] Die Defokussierung des Schallfeldes kann zudem wie weiter oben beschrieben mit Hilfe von gekrümmten Wandlern erreicht werden, wie beispielsweise den erfindungsgemäßen Wandlern 100. Durch eine Anordnung der Wandlerelemente 210 auf einer gekrümmten Bahn wie einem Kreisbogen divergiert das entsandte Schallfeld und verursacht eine Defokussierung des entsandten Schallfeldes, sodass mehrere Einschallwinkel gleichzeitig abgedeckt werden.
    [0036] Im Gegensatz dazu haben konventionelle Prüfköpfe in der Regel nur einen festgelegten Einschallwinkel und eine vergleichsweise kleine Schallbündelöffnung, sodass verschiedene Prüfwinkel mit Hilfe einer Vielzahl von Prüfköpfen mit verschiedenen diskreten Einschallwinkeln realisiert werden, um so unterschiedlich orientierte Fehlstellen im Material nachzuweisen. Die Prüfwinkel beschreiben dabei die Richtung bezüglich der Oberflächennormalen (z. B. 0°, 35°, 55° und 70°), aus denen das Echo jeweils empfangen und anschließend ausgewertet wird. Die erfindungsgemäße Wandleranordnung 200 erlaubt hingegen eine große und freie Auswahl an Prüfwinkeln, unter denen das zu prüfende Material 420 auf Fehlstellen untersucht werden kann.
    [0037] Für die Ultraschallprüfung von Schienen(stahl) liegen die Einschallwinkel bevorzugt zwischen -80° und +80°. Diese Einschallwinkel können mit erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfkopfsystem 400 gleichzeitig geprüft werden, wobei der erste und der dritte Wandler bevorzugt Transversalwellen im Material erzeugen, um Winkelbereiche von ±33° bis ±80° abzudecken, und wobei der zweite Wandler bevorzugt Longitudinalwellen nutzt, um eine "Senkrechtprüfung" zu realisieren, wobei hierbei ein Winkelbereich von etwa -33° bis +33° im Material beschallt wird. Die Winkel sind dabei jeweils gegenüber einem Lot der zu prüfenden Oberfläche des Materials definiert.
    [0038] Die gleichzeitige Prüfung verschiedener Einschallwinkel stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber Prüfsystemen dar, die eine Phased-Array-Technik verwenden, da diese für jeden Einschallwinkel einen neuen Sende- und Empfangsvorgang benötigen.
    [0039] Die Einschallwinkel, die im zu prüfenden Material realisiert werden, werden durch verschiedene Parameter beeinflusst. Zum einen spielen die Innenwinkel an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes und damit z.B. die Winkel zwischen dem ersten und zweiten Wandler sowie zwischen dem zweiten und dritten Wandler eine Rolle, da hiermit die Normalenrichtung der Schallwellen festgelegt wird. Zum anderen hängen die Einschallwinkelbereiche von der Defokussierung der Schallfelder der einzelnen Wandler ab, zum Beispiel durch Anordnung der Wandlerelemente auf einer gekrümmten Bahn oder verzögerte elektronische Ansteuerung, wobei eine stärkere Defokussierung des Schallfeldes eine Verbreiterung des Winkelbereichs bewirkt. Welche Innenwinkel an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes gewählt werden müssen hängt im Wesentlichen vom zu untersuchenden Material und dem Material des Prüfkopfkeils (bzw. der Vorlaufstrecke) ab, die die Geschwindigkeit der Schallwellen und die Brechungswinkel der Schallwellen an den auftretenden Grenzflächen bestimmen. Bei der Prüfung von Schienen können diese Grenzflächen beispielsweise zwischen dem Prüfkopfkeil (z.B. Plexiglas) und dem Koppelmedium (z.B. Wasser) sowie dem Koppelmedium und dem Schienenstahl auftreten.
    [0040] Für einen Prüfkopfkeil aus Plexiglas können die Vorlaufkeile, die den Winkel des ersten bzw. dritten Wandlers gegenüber der zu prüfenden Oberfläche festlegen, einen Winkel von 28° bis 54° aufweisen, so dass im Material kaum Longitudinalwellen entstehen und dort bevorzugt mit Transversalwellen gearbeitet werden kann. Für die Wandleranordnung ergibt sich damit ein vorteilhafter Innenwinkel an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes, der einen Betrag von 130° bis 147° aufweist. Für eine Vorlaufstrecke aus Wasser ist ein Innenwinkelbetrag von 156° bis 163° vorteilhaft.
    [0041] In einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich ein Weggeber 310 in der Nähe der Wandleranordnung 200. Bei dem Weggeber kann es sich beispielsweise um einen biinkrementalen Drehweggeber handeln. Der Weggeber 310 kann die Relativbewegung der Wandleranordnung 200 gegenüber dem zu prüfenden Material erfassen und kann dazu genutzt werden Wegpositionen zu bestimmen. So kann mit Hilfe des Weggebers und beispielsweise eines Rekonstruktionsalgorithmus' die jeweilige Wegposition ermittelt werden, an der die Wandler der Wandleranordnung 200 einen Schallimpuls in ein zu prüfendes Material koppeln und auch die jeweilige Wegposition, an der die Wandler der Wandleranordnung 200 ein Echosignal empfangen. Um die Wegposition möglichst genau bestimmen zu können, sollte der Weggeber 310 den zurückgelegten Weg mit einer Genauigkeit von mindestens λ/4 erfassen, wobei λ die Wellenlänge der von den Wandlerelementen ausgesandten Schallwellen im Material beschreibt.
    [0042] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material 420, wobei das Prüfverfahren insbesondere für Schienen geeignet ist.
    [0043] Zunächst kann wie üblich ein Koppelmittel auf eine Oberfläche des Materials 420 aufgebracht werden, wobei bei großtechnischen Prüfungen aus kosten- und umweltschutzgründen vorzugsweise Wasser zu verwenden ist. Erfindungsgemäß wird bei dem Prüfverfahren ein Ultraschall-Prüfkopfsystem 400 entlang einer Bewegungsrichtung 430 entlang der Oberfläche des Materials 420 bewegt. Das erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfkopfsystem 400 umfasst mindestens einen Wandler 401 mit einer Vielzahl an Wandlerelementen 410, die entlang der Bewegungsrichtung 430 zu einem Lineararray angeordnet sind. Während der Bewegung entlang der Oberfläche des Materials werden hochfrequente Sendeimpulse in das Material 420 eingekoppelt, die durch die Wandlerelemente 410 des Wandlers 401 erzeugt werden. Die eingekoppelten Sendeimpulse erzeugen Echosignale, die durch Reflexion an einer Fehlstelle im Material 420 bedingt sind und diese Echosignale können durch alle Wandlerelemente 410 des Wandlers 401 parallel empfangen werden. Die analogen Echosignale werden in digitale Daten umgewandelt, abgespeichert und zur Bestimmung der Lage der Fehlstelle im Material 420 ausgewertet.
    [0044] Da die Wandlerelemente 420 entlang der Richtung angeordnet sind, in der sich der Wandler selbst auch bewegt, kann eine virtuelle Vergrößerung der Anzahl der Wandlerelemente 420 und somit eine Verlängerung des Wandlers 401 realisiert werden. Diese virtuelle Vergrößerung der Anzahl der Wandlerelemente entsteht insbesondere in der digitalen Datenverarbeitung, bei der einzelne aufeinanderfolgende Daten jeweils zusammen ausgewertet werden können.
    [0045] Beispielsweise koppelt der Wandler 401 an einer Wegposition A einen Sendeimpuls ein und bewegt sich anschließend zu einer Wegposition B, an der ein neuer Sendeimpuls eingekoppelt wird, und anschließend noch zu einer weiteren Wegposition C. Zwischen den Wegpositionen A und B sowie den Wegpositionen B und C empfängt der Wandler 401 jeweils Echosignale. Diese Echosignale werden jeweils in digitale Daten umgewandelt und abgespeichert. Die digitalen Daten können anschließend miteinander verrechnet werden, wobei die Relativbewegung des Wandlers 401 gegenüber der Oberfläche des zu prüfenden Materials 420 berücksichtigt wird. Die Relativbewegung kann hierbei herausgerechnet werden und zurück bleiben die empfangenen Signale von verschiedenen Wegpositionen, die so behandelt werden können als seien sie von einem Wandler, der so viele Wandlerelemente aufweist, dass er sich von der Wegposition A über die Wegposition B bis zur Wegposition C erstreckt. Die Zuordnung von Wegpositionen kann durch einen Rekonstruktionsalgorithmus erfolgen und sich der Erfassung des aufgrund der Bewegung zurückgelegten Weges bedienen.
    [0046] Der aufgrund der Bewegung zurückgelegte Weg kann zum Beispiel zu jedem Sendezeitpunkt erfasst werden, bevorzugt mit einer Auflösung von mindestens λ/4. Weiterhin kann eine Wegerfassung zwischen den Sendezeitpunkten (Zwischenabtastung) sinnvoll sein, um den zurückgelegten Weg bzw. Versatz zwischen zwei Sendeimpulsen nicht linear interpolieren zu müssen. Die Wegerfassung kann wie weiter oben beschrieben zum Beispiel mit einem Weggeber 310 erfolgen. Die Sendeimpulse können dabei in einem bestimmten zeitlichen Abstand zueinander erfolgen oder nach einer bestimmten Wegstrecke. Über die Verarbeitung der digitalen Daten können den Sendeimpulsen sowie den empfangenen Echosignalen jeweils Wegpositionen zugeordnet werden. Erfolgt beispielweise alle 5 mm ein Sendeimpuls, dann entstehen zwischen den Sendeimpulsen aufgrund des gleichzeitigen Empfangs der Wandlerelemente umfangreiche Datensätze, aus denen auch Wegpositionen zwischen den 5 mm-Intervallen berechnet werden können.
    [0047] Die virtuelle Vergrößerung der Anzahl der Wandlerelemente führt theoretisch zu einem unendlich langen Wandler, der tatsächlich aber nur wenige Wandlerelementen umfassen muss.
    [0048] Erfindungsgemäß kann das Prüfverfahren bereits mit drei Wandlerelementen 410 ausgeführt werden. Jedes Wandlerelement 410 kann beim Empfang der Echosignale beteiligt sein und somit nach der Digitalisierung der analogen Echosignale einen Datensatz produzieren, der abgespeichert wird. Um die Gesamtheit der Datensätze überschaubar zu halten, ist es vorteilhaft wenn der Wandler 401 nicht mehr als 16 Wandlerelemente 410 aufweist. Besonders bevorzugt weist der Wandler 401 fünf bis 10, ganz besonders bevorzugt 7 Wandlerelemente 410 auf.
    [0049] Bevorzugt beschallt der Wandler 401 einen Winkelbereich 445 im Material, der mehrere Einschallwinkel abdeckt, die sich gegenüber einem Lot der Bewegungsrichtung 430, das durch den Mittelpunkt des Wandlers 401 verläuft definiert. Der Winkelbereich 445 umfasst bevorzugt die Einschallwinkel von -33° bis +33°, besonders bevorzugt von -20° bis +20°, wenn mit Longitudinalwellen gearbeitet wird, und Einschallwinkel von +33° bis +80°, besonders bevorzugt von +35° bis +70°, oder von -33° bis -80°, besonders bevorzugt von -35° bis -70°, wenn Transversalwellen erzeugt werden sollen.
    [0050] Die Anregung der einzelnen Wandlerelemente geschieht durch elektrische Rechteckimpulse abhängig von der Nennfrequenz des Wandlers mit Pulsbreiten zwischen 20 und 2500 ns und mit Spannungen von bis zu 250 V. Der ortsabhängige akustische Sendeimpuls im Material entsteht durch die Überlagerung aller Teilwellen der einzelnen Wandlerelemente. Die relative Zeitverzögerung der Sendeimpulse trägt dabei zur Schallfeldformung bei. Die Einzelimpulse für die Wandlerelemente des Wandlers können dabei synchron übergeben werden oder aber wie oben beschrieben verzögert zu den weiter außen liegenden Wandlerelementen eines Wandlers, sodass das entstehende Schallfeld des Wandlers eine größere Divergenz hat und mit einem Sendeimpuls ein größerer Winkelbereich beschallt wird. Dadurch kann mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren eine Prüfaufgabe mit vielen parallelen Prüffunktionen mit deutlich reduziertem Sensorikaufwand durchgeführt werden, im Vergleich zu Systemen, bei denen jede Prüffunktion durch einen eigenen Prüfkopf realisiert ist.
    [0051] Durch eine verzögerte Ansteuerung kann zudem eine Änderung eines mittleren Einschallwinkels 440 des Winkelbereichs 445 herbeigeführt werden. Der mittlere Einschallwinkel 440 markiert dabei den Winkel, der sich als Mittelwert der Grenzen (z. B. bei -6 dB der Maximalamplitude) des Winkelbereichs 445 ergibt.
    [0052] Die Änderung des mittleren Einschallwinkels 440 kann ähnlich wie mit Phased-Array-Systemen erfolgen. Im Gegensatz zu Prüfverfahren mit Phased-Array-Technik muss der mittlere Einschallwinkel des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens allerdings nur einmalig eingestellt werden und das zugehörige Schallfeld kann für die gesamte Prüfung beibehalten werden. Da in der vorliegenden Erfindung bevorzugt mit einem defokussierten Schallfeld gearbeitet wird, können bereits viele Prüfwinkel mit nur einem mittleren Einschallwinkel 440 des Wandlers 401 berücksichtigt werden, ohne dass eine jeweilige neue Einstellung des Schallfeldes auf einen bestimmten Prüfwinkel vorgenommen werden muss. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren erlaubt damit eine deutlich einfachere und günstigere Gerätetechnik als Prüfverfahren, die mit einer Phased-Array-Technik arbeiten.
    [0053] Diskrete Prüfwinkel (z. B. 0°, 35°, 55° und 70) können im erfindungsgemäßen Prüfverfahren insbesondere im Empfangsfall ausgewählt werden, indem beispielsweise bei der digitalen Datenverarbeitung nur die Echosignale einzelner Prüfwinkel ausgewertet werden.
    [0054] Während des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens, beschallt der Wandler 401 immer einen Winkelbereich im Material, sodass unter Umständen ein bestimmter Aufpunkt im Material, der bei einem ersten Sendeimpuls ein Signal erzeugt, auch bei einem nachfolgenden Sendeimpuls noch antworten kann. Ein Aufpunkt kann somit mehrere Beiträge bedingen, die bei der Auswertung der digitalen Daten phasenrichtig und mit korrigierter Laufzeit aufaddiert werden können. Über die Berücksichtigung destruktiver und konstruktiver Interferenz können damit Lagen von Fehlstellen im Material bestimmt werden.
    [0055] Im erfindungsgemäßen Prüfverfahren kann auf eine Vielzahl von elektronischen Baugruppen verzichtet werden, die zum Beispiel eine Verzögerungssteuerung, eine Summation der Empfangssignale oder Datenverdichtungen ermöglichen, da diese Funktionen durch Software realisiert werden können, die die digitalen Daten verarbeitet. Sowohl die Empfangs- als auch die Sendekette weisen daher einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf.
    [0056] In einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht der Wandler 401 dem Wandler 100, sodass die Wandlerelemente 410 auf einem Kreisbogen eines virtuellen Kreises angeordnet sind, um einen Sektor einer Elementarwelle zu approximieren, sodass beispielsweise vereinfachte Algorithmen, die sich auf Punktquellen beschränken, Anwendung finden können.
    [0057] In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform entspricht das Ultraschall-Prüfkopfsystem 400 im erfindungsgemäßen Prüfverfahren einem Ultraschall-Prüfkopfsystem 300 mit einer trapezartigen Wandleranordnung 200, wie sie weiter oben beschrieben ist. In dieser Ausführungsform kommen demnach drei Wandler 201, 202, 203 zum Einsatz, deren Wandlerelemente jeweils entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind, wobei die Bewegungsrichtung parallel zu den Grundseiten des virtuellen Trapezes ist. Bevorzugt ist der zweite Wandler entlang der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes angeordnet, wobei durch die Anordnung oberhalb der kürzeren Grundseite auch eine längere Vorlaufstrecke des zweiten Wandler erreicht werden kann. Die drei Wandler 201, 202, 203 werden insbesondere derart angesteuert, dass sie zeitgleich einen Sendeimpuls aussenden, wobei ein Materialbereich, d.h. ein Volumenbereich im Material 420, durch je ein Schallfeld beschallt wird, d.h. sich die Schallfelder räumlich nicht überlagern. Die Impulsfolgefrequenz kann beispielsweise 4 kHz betragen oder die Impulse können ortssynchron, also zum Beispiel alle 3 mm, entsendet werden. An der Rückwand und/oder Fehlstellen im Materialbereich wird der Schall der drei Wandler 201, 202, 203 reflektiert (Echo) und kann von den drei Wandlern 201, 202, 203 parallel im Mehrkanalbetrieb aufgenommen werden. Die Empfangssignale werden digitalisiert und weiterverarbeitet, wobei der Rekonstruktionsalgorithmus die Prüfgeschwindigkeit der Bewegung berücksichtigt und eine ortsgetreue Zuordnung der Empfangssignale zulässt.
    [0058] In dieser Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren nach dem Prinzip der Ultraschall-Mehrkanaltechnik gearbeitet, bei der mehrere Wandler den zur Prüfung verwendeten Schall einschallen. Bevorzugt ist das Mehrkanal-Ultraschallgerät 450 mit einem Vorverstärker, der die Empfangssignale der Wandlerelemente verstärkt, und einer Schnittstelle ausgestattet, die zwischen dem Mehrkanal-Ultraschallgerät und einem Computer 470 vermittelt, und weist jeweils einen Analog-Digital-Umsetzer pro Kanal auf, der zur Digitalisierung der analogen Echosignale und der messtechnischen Aufbereitung der Prüfdaten dient. Über eine schnelle Netzwerkverbindung kann das Mehrkanal-Ultraschallgerät empfangene Signale an einen Computer mit digitaler Signalverarbeitung übergeben, in dem die Signale ausgewertet werden. Der Computer kann zudem über einen Taktgenerator 460 Signale zu einer Wegerfassung von einem in der Nähe der Wandler angeordneten Weggeber 310 erhalten. Neben einem Mehrkanalgerät können auch mehrere parallel ansteuerbare Einkanalgeräte an die Wandler angeschlossen werden. Hierzu sollten die Einkanalgeräte so synchronisiert sein, dass die Wandlerelemente gleichzeitig ausgelöst werden können.
    [0059] Indem die Wandler 201, 202, 203 derart orientiert sind, dass sie vom Inneren des virtuellen Trapezes wegschallen, kann erreicht werden, dass sich die von jedem Wandler ausgesandten Schallwellen möglichst wenig mit denen der anderen zwei Wandler überlagern. Während der zweite Wandler direktzur Oberfläche des Materials schallt, schallt der erste Wandler überwiegend entgegen der Bewegungsrichtung und der dritte Wandler überwiegend in Bewegungsrichtung 430 (bzw. umgekehrt). Der Winkelbereich 445, der vom ersten bzw. dritten Wandler abgedeckt wird, umfasst dabei bevorzugt die Einschallwinkel von +33° bis +80°, besonders bevorzugt von +35° bis +70°, bzw. von -33° bis -80°, besonders bevorzugt von -35° bis -70°. Durch die Wahl des Einfallswinkels auf die Koppelfläche im Prüfkopfkeil können durch den ersten und den dritten Wandler insbesondere Transversalwellen erzeugt werden. Die vom zweiten Wandler ausgesandten Schallwellen weisen insbesondere einen mittleren Einschallwinkel von 0° auf. Dieser wird von einem Winkelbereich umgeben, der bevorzugt die Einschallwinkel von -33° bis +33°, besonders bevorzugt von -20° bis +20°, umfasst. Der zweite Wandler erzeugt bevorzugt Longitudinalwellen.
    [0060] Wie weiter oben bereits beschrieben, hängt es vom beabsichtigten Winkelbereich, dem Material des Prüfkopfkeils (typischerweise Plexiglas) sowie dem zu untersuchenden Material (z.B. Stahl für Schienenprüffahrzeuge) ab, wie die Winkel des ersten und dritten Wandlers 201, 203 gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche ausfallen müssen. Die Innenwinkel an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes müssen dementsprechend gewählt werden.
    [0061] Durch die gleichzeitige Beschallung des gesamten relevanten Materialbereichs unter allen gewünschten Einschallwinkeln mit Hilfe eines defokussierten Schallfeldes und der parallelen Datenaufnahme jedes Wandlerelements, deren Daten anschließend mit einem Rekonstruktionsalgorithmus unter Berücksichtigung der Prüfgeschwindigkeit aufbereitet und zu einem Ergebnisbild zusammengefügt werden können, erlaubt die erfindungsgemäße Ausführungsform des Prüfverfahrens maximale Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h, ohne die Auflösung einzuschränken. Im Vergleich dazu werden bei Prüfverfahren mit Phased-Array-Systemen, bei denen für jeden Prüfwinkel eine neue Fokussierung und ein neuer Sendevorgang notwendig sind, nur geringe Prüfgeschwindigkeiten von maximal 10 km/h erreicht.
    [0062] Durch die erfindungsgemäße Wandleranordnung 200 können in dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren zeitgleich alle Einschallwinkel 440 realisiert werden, die für die Prüfung eines Materials, insbesondere Schienen, relevant sind. Die Auswahl der Prüfwinkel erfolgt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise beim Empfang der Schallwellen, die an der Rückwand und/oder Fehlstellen im Material reflektiert wurden. Dadurch wird mit der vorliegenden Erfindung eine hohe Flexibilität gegenüber konventionellen Prüfverfahren erreicht, da über die Anpassung der Prüfwinkel verschiedene Formen des zu untersuchenden Materials (z.B. die Schienengeometrie) sowie unterschiedliche Fehlertypen berücksichtigt werden können. Neben der Lage des Fehlers sind insbesondere auch in Abhängigkeit seines Reflexionsverhaltens die Fehlerart sowie dessen Ausdehnung erfassbar.
    [0063] Zur Realisierung der relativ breiten Winkelbereiche 445 ist die Verwendung von gegenüber der Oberfläche des Materials 420 konvex gekrümmten Wandlern vorteilhaft, sodass das Schallfeld in Richtung zur Oberfläche hin divergiert, wie dies beispielsweise durch die erfindungsgemäßen Wandler 100 gegeben ist. Eine zusätzliche oder alternative Schallfeldverbreiterung kann durch ein verzögertes Ansteuern der einzelnen Wandlerelemente eines Wandlers erreicht werden, sodass die einzelnen Schallwellen geringfügig verzögert gesendet werden.
    [0064] Für eine ortsgetreue Zuordnung der Echosignale ist es vorteilhaft ist es, wenn die Wandler 201, 202, 203 der Wandleranordnung 200 im Ultraschall-Prüfkopfsystem fest fixiert sind, sodass die Innenwinkel des virtuellen Trapezes sowie der Abstand untereinander und zur Prüffläche bekannt sind. Die Abstände sind vorzugsweise in einer Genauigkeit deren Größe einer Viertel Wellenlänge (λ/4) des zur Prüfung verwendeten Ultraschallpulses - gemessen im Material - entspricht. Vorzugsweise beträgt die verwendete Wellenlänge zirka 1,6 mm, sodass eine Genauigkeit von etwa 0,4 mm erzielt werden sollte. Die bekannten Werte können als Parameter in den Rekonstruktionsalgorithmus übergeben werden und so in die Auswertung der digitalen Daten einfließen.
    [0065] Der Rekonstruktionsalgorithmus berücksichtigt vorzugsweise die Wegposition und die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Empfangs des Schallfeld-Echos, die Positionierung der Wandler und konvexe Krümmung der Wandler gegenüber dem Material, wenn letztere vorliegt. Durch die Berücksichtigung der Prüfgeschwindigkeit, wird die maximal erreichbare Auflösung bei der Ergebnisdarstellung verbessert, indem der geschwindigkeitsabhängige Versatz (z.B. etwa 4 mm bei 60 km/h an einer UIC60 Schiene) des Ultraschall-Prüfkopfsystem auf der Materialoberfläche während der Laufzeit des Schalls durch das Material korrigiert werden kann. Die Geschwindigkeitsunabhängigkeit des Prüfergebnisses ist insbesondere für die Prüfung von Schienen mit Schienenfahrzeugen von Bedeutung, da diese erst ab einer Geschwindigkeit von mehr als 70 km/h den regelmäßigen Schienenverkehr nicht durch die Prüfung behindern.
    [0066] Durch den Rekonstruktionsalgorithmus kann zudem eine bildgebende Ergebnisdarstellung des Prüfergebnisses realisiert werden, bei dem die Amplitude und die Phase des Empfangssignals berücksichtigt werden. Die Position und Form der detektierten Fehleranzeige können unter Anwendung für die Ultraschallprüfung üblicher bildgebender Darstellungsalgorithmen in ein Bild überführt werden, zum Beispiel durch B-Bildüberlagerung in ein P-Bild in side view (vgl. DIN EN ISO 5577), mit überlagerten Prüffunktionen. Für eine Darstellung der Prüfergebnisse ist der Computer vorzugsweise an einen oder mehrere Bildschirme angeschlossen.
    [0067] Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin dargestellten Merkmale mit einer Ausführungsform exemplarisch für die spezifische Ausführungsform sind und auf oder in Kombination mit anderen hierin offenbarten Ausführungsformen verwendet werden können.
    [0068] Insbesondere werden hierin die folgenden Ausführungsformen gemäß der folgenden Aspekte offenbart:1. Wandler (100) für ein Ultraschall-Prüfkopfsystem, wobei der Wandler mindestens drei Wandlerelemente (110) umfasst, die auf einem Kreisbogen eines virtuellen Kreises (120) angeordnet sind, sodass sich von den Wandlerelementen (110) ausgesandte Schallwellen derart überlagern, dass sie einen Sektor einer Elementarwelle (130) mit einer virtuellen Punktquelle (140) approximieren, wobei sich die virtuelle Punktquelle (140) im Mittelpunkt des virtuellen Kreises (120) befindet. 2. Wandler nach Aspekt 1, wobei der Kreisbogen einen Mittelpunktswinkel (150) aufweist, welcher nicht weniger als 15° und nicht mehr als 80°, besonders bevorzugt nicht weniger als 20° und nicht mehr als 70°, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 25° und nicht mehr als 40° beträgt. 3. Wandler nach Aspekt 1 oder 2, wobei der Wandler 3 bis 16, besonders bevorzugt 5 bis 10, ganz besonders bevorzugt 7 Wandlerelemente (110) umfasst. 4. Wandleranordnung (200) für ein Ultraschall-Prüfkopfsystem, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wandler (201, 202, 203) zum Senden und Empfangen von Schallwellen umfasst, wobeijeder der Wandler mindestens drei Wandlerelemente (210) umfasst, und wobeiin einem Querschnitt die Wandlerelemente (210) des zweiten Wandlers (202) im Wesentlichen entlang einer Geraden angeordnet sind, die parallel zu den Grundseiten eines virtuellen Trapezes (260) ist, entlang dessen nicht-parallelen Schenkeln die Wandlerelemente des ersten und des dritten Wandler (201, 203) im Wesentlichen angeordnet sind. 5. Wandleranordnung nach Aspekt 4, wobei die Wandler (201, 202, 203) jeweils derart ausgerichtet sind, dass sie ganz oder zumindest teilweise in eine Richtung (212) schallen können, die von der längeren Grundseite des virtuellen Trapezes zur kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes verläuft. 6. Wandleranordnung nach Aspekt 4 oder 5, wobei der zweite Wandler (202) entlang einer Längsrichtung des Querschnitts zwischen dem ersten und dritten Wandler (201, 203) angeordnet ist. 7. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 6, der zweite Wandler (202) so im Inneren des virtuellen Trapezes (260) angeordnet ist, um von der längeren Grundseite des virtuellen Trapezes (260) wegzuschallen. 8. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 7, wobei die Wandlerelemente (210) des zweiten Wandlers (202) im Wesentlichen entlang der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes (260) angeordnet sind. 9. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 8, wobei jeder der Wandler 3 bis 16, besonders bevorzugt 5 bis 10, ganz besonders bevorzugt 7 Wandlerelemente (210) umfasst. 10. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 9, wobei die Innenwinkel (270) an der kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes (260) jeweils einen Betrag von 95° bis 175°, besonders bevorzugt von 100° bis 170°, ganz besonders bevorzugt von 110° bis 165° aufweisen. 11. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 10, wobei das virtuelle Trapez (260) ein gleichschenkliges Trapez ist. 12. Wandleranordnung nach einem der Aspekte 4 bis 11, wobei die Wandler jeweils ein Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 sind. 13. Wandleranordnung nach Aspekt 12, wobei die Schenkel des virtuellen Trapezes (260) jeweils einer Tangente an der Mitte des Kreisbogens, auf dem die Wandlerelemente (210) des ersten und dritten Wandlers (201, 203) angeordnet sind, entsprechen und die Gerade einer Tangente an der Mitte des Kreisbogens, auf dem die Wandlerelemente (210) des zweiten Wandlers (202) angeordnet sind, entspricht. 14. Ultraschall-Prüfkopfsystem (300) mit einer Wandleranordnung gemäß einem der Aspekte 4 bis 13. 15. Ultraschall-Prüfkopfsystem nach Aspekt 14, wobei die Wandleranordnung (200) in einem einzelnen Prüfkopf (280) untergebracht ist. 16. Ultraschall-Prüfkopfsystem nach Aspekt 14, wobei die Wandleranordnung (200) auf drei Prüfköpfe aufgeteilt ist, die jeweils einen der Wandler aufnehmen. 17. Ultraschall-Prüfkopfsystem nach Aspekt 15 oder 16, wobei der oder die Prüfköpfe (280) einen Prüfkopfkeil (290) aufweisen, der die Form der Wandler (201, 202, 203) sowie der Wandleranordnung (200) derart abbildet, dass eine vollflächige Verklebung zwischen dem Prüfkopfkeil (290) und einer Seite der Wandler (201, 202, 203) ermöglicht wird, wobei die Wandler (201, 202, 203) so angeordnet sind, um in den Prüfkopfkeil (290) hinein zu schallen. 18. Ultraschall-Prüfkopfsystem nach Aspekt 17, wobei der Prüfkopfkeil (290) aus Kunststoff, insbesondere Plexiglas oder Polystyrol, besteht. 19. Ultraschall-Prüfkopfsystem nach einem der Aspekte 14 bis 18, das einen Weggeber (310) aufweist, wobei der Weggeber (310) bevorzugt in der Nähe der Wandleranordung (200) angebracht und mit dieser verbunden ist. 20. Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material (420), insbesondere in Schienen, aufweisend: Bewegen eines Ultraschall-Prüfkopfsystems (400) entlang einer Oberfläche des Materials (420) entlang einer Bewegungsrichtung (430), wobei das Ultraschall-Prüfkopfsystem (400) einen Wandler (401) umfasst, der entlang der Bewegungsrichtung (430) eine Anordnung aus mindestens drei Wandlerelementen (410) aufweist, wobei hochfrequente Sendeimpulse ins Material (420) eingekoppelt werden, die durch die Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) erzeugt werden, wobei Echosignale durch alle Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) parallel empfangen werden, wobei die Echosignale jeweils durch Reflexion der eingekoppelten Sendeimpulse an einer Fehlstelle im Material (420) bedingt sind, und wobei die analogen Echosignale in digitale Daten umgewandelt werden, die dann abgespeichert und zur Bestimmung der Lage der Fehlstelle im Material (420) ausgewertet werden, wobei die Anzahl der Wandlerelemente des Wandlers entlang der Bewegungsrichtung (430) eine virtuelle Vergrößerung aufgrund der Bewegung und der Auswertung der digitalen Daten erfährt, wobei die virtuelle Vergrößerung über die Zuordnung von Wegpositionen für die eingekoppelten Sendeimpulse und/oder die empfangenen Echosignale realisiert wird. 21. Prüfverfahren nach Aspekt 20, wobei die Anordnung 3 bis 16, besonders bevorzugt 5 bis 10, ganz besonders bevorzugt 7 Wandlerelemente umfasst. 22. Prüfverfahren nach Aspekt 20 oder 21, wobei jeweils der Weg zwischen zwei Sendeimpulsen, den der Wandler (401) aufgrund der Bewegung zurücklegt, erfasst wird und den Sendeimpulsen sowie den empfangenen Echosignalen jeweils eine Wegposition zugeordnet wird. 23. Prüfverfahren nach Aspekt 22, wobei der Weg zwischen zwei Sendeimpulsen, mit einer Genauigkeit von mindestens λ/4 erfasst wird, wobei λ die Wellenlänge der von den Wandlerelementen (410) ausgesandten Schallwellen im Material (420) beschreibt. 24. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 20 bis 23, wobei der Wandler (401) ein Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ist. 25. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 20 bis 24, wobei der Wandler (401) einen Winkelbereich (445) im Material beschallt, wobei der Winkelbereich (445) mehrere Einschallwinkel abdeckt, die sich gegenüber einem Lot der Bewegungsrichtung (430), das durch den Mittelpunkt des Wandlers (401) verläuft, definieren, und wobei der Winkelbereich (445) Einschallwinkel von -33° bis +33°, besonders bevorzugt von -20° bis +20°, umfasst, wenn der Wandler (401) Longitudinalwellen erzeugt, und der Winkelbereich (445) Einschallwinkel von +33° bis +80°, besonders bevorzugt von +35° bis +70°, oder von -33° bis -80°, besonders bevorzugt von -35° bis -70°, umfasst, wenn der Wandler (401) Transversalwellen erzeugt. 26. Prüfverfahren nach Aspekt 25, wobei die Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) geringfügig verzögert angesteuert werden, sodass durch die Überlagerung der Schallwellen des Wandlers (401) der beschallte Winkelbereich (445) im Material beeinflusst wird. 27. Prüfverfahren nach Aspekt 25 oder 26, wobei der beschallte Winkelbereich (445) während des Prüfverfahrens konstant bleibt. 28. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 25 bis 27, wobei die verzögerte Ansteuerung zu einer Verbreiterung des beschallten Winkelbereichs (445) führt. 29. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 25 bis 28, wobei die verzögerte Ansteuerung zu einer Änderung eines mittleren Einschallwinkels (440) des Winkelbereichs (445) führt. 30. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 20 bis 29, wobei das Ultraschall-Prüfkopfsystem ein Ultraschall-Prüfkopfsystem gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19 ist und wobei der erste, zweite und dritte Wandler (201, 202, 203) jeweils dem Wandler (401) entsprechen. 31. Prüfverfahren nach Aspekt 30, wobei der erste und der dritte Wandler (201, 203) Transversalwellen erzeugen und wobei der zweite Wandler (202) Longitudinalwellen erzeugt. 32. Prüfverfahren nach Aspekt 30 oder 31, wobei jeder der Wandler (201, 202, 203) mit einem Mehrkanal-Ultraschallgerät (450) oder mehreren Einkanal-Ultraschallgeräten (450) verbunden ist, wobei die Ultraschallgeräte (450) Signale über ein schnelles Netzwerk an einen Computer (470) mit digitaler Signalverarbeitung übergeben, und insbesondere wobei der Computer (470) über einen Taktgenerator (460) Signale zu einer Wegerfassung von einem in der Nähe der Wandleranordnung (200) angebrachten Weggeber (310) erhält. 33. Prüfverfahren nach einem der Aspekte 20 bis 32, wobei das Auswerten über Signalmittelung mit korrigierter Laufzeit und phasenrichtiger Addition von Aufpunkten und/oder unter Berücksichtigung einer Wegerfassung erfolgt. Bezugszeichenliste
    [0069] 100Wandler110Wandlerelemente120virtueller Kreis130Sektor einer Elementarwelle131Wellenfront140virtuelle Punktquelle150Mittelpunktswinkel200Wandleranordnung201erster Wandler202zweiter Wandler203dritter Wandler210Wandlerelemente212Richtung213Schallrichtung260virtuelles Trapez270Innenwinkel an kürzerer Grundseite280Prüfkopf290Prüfkopfkeil300Ultraschall-Prüfkopfsystem310Weggeber400Ultraschall-Prüfkopfsystem401Wandler410Wandlerelemente420zu prüfendes Material430Bewegungsrichtung440Mittlerer Einschallwinkel445Winkelbereich450Ultraschallgerät460Taktgenerator470Computer
    权利要求:
    Claims (15)
    [0001] Wandleranordnung (200) für ein Ultraschall-Prüfkopfsystem, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wandler (201, 202, 203) zum Senden und Empfangen von Schallwellen umfasst, wobeijeder der Wandler mindestens drei Wandlerelemente (210) umfasst, und wobeiin einem Querschnitt die Wandlerelemente (210) des zweiten Wandlers (202) im Wesentlichen entlang einer Geraden angeordnet sind, die parallel zu den Grundseiten eines virtuellen Trapezes (260) ist, entlang dessen nicht-parallelen Schenkeln die Wandlerelemente des ersten und des dritten Wandler (201, 203) im Wesentlichen angeordnet sind.
    [0002] Wandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Wandler (201, 202, 203) jeweils derart ausgerichtet sind, dass sie ganz oder zumindest teilweise in eine Richtung (212) schallen können, die von der längeren Grundseite des virtuellen Trapezes zur kürzeren Grundseite des virtuellen Trapezes verläuft.
    [0003] Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei jeder der Wandler 3 bis 16, besonders bevorzugt 5 bis 10, ganz besonders bevorzugt 7 Wandlerelemente (210) umfasst.
    [0004] Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wandlerelemente der Wandler jeweils auf einem Kreisbogen eines virtuellen Kreises (120) angeordnet sind, sodass sich von den Wandlerelementen (110) ausgesandte Schallwellen jedes Wandlers derart überlagern, dass sie einen Sektor einer Elementarwelle (130) mit einer virtuellen Punktquelle (140) approximieren, wobei sich die virtuelle Punktquelle (140) im Mittelpunkt des virtuellen Kreises (120) befindet..
    [0005] Ultraschall-Prüfkopfsystem (300) mit einer Wandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wandleranordnung (200) in einem einzelnen Prüfkopf (280) untergebracht ist oder wobei die Wandleranordnung (200) auf drei Prüfköpfe aufgeteilt ist, die jeweils einen der Wandler aufnehmen.
    [0006] Ultraschall-Prüfkopfsystem nach Anspruch 5, wobei der oder die Prüfköpfe (280) einen Prüfkopfkeil (290) aufweisen, der die Form der Wandler (201, 202, 203) sowie der Wandleranordnung (200) derart abbildet, dass eine vollflächige Verklebung zwischen dem Prüfkopfkeil (290) und einer Seite der Wandler (201, 202, 203) ermöglicht wird, wobei die Wandler (201, 202, 203) so angeordnet sind, um in den Prüfkopfkeil (290) hinein zu schallen, insbesondere, wobei der Prüfkopfkeil (290) aus Kunststoff, insbesondere Plexiglas oder Polystyrol, besteht.
    [0007] Ultraschall-Prüfkopfsystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, das einen Weggeber (310) aufweist, wobei der Weggeber (310) bevorzugt in der Nähe der Wandleranordung (200) angebracht und mit dieser verbunden ist.
    [0008] Prüfverfahren zum Erfassen von Fehlstellen in einem Material (420), insbesondere in Schienen, aufweisend:
    Bewegen eines Ultraschall-Prüfkopfsystems (400) entlang einer Oberfläche des Materials (420) entlang einer Bewegungsrichtung (430), wobei
    das Ultraschall-Prüfkopfsystem (400) einen Wandler (401) umfasst, der entlang der Bewegungsrichtung (430) eine Anordnung aus mindestens drei Wandlerelementen (410) aufweist, wobei
    hochfrequente Sendeimpulse ins Material (420) eingekoppelt werden, die durch die Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) erzeugt werden, wobei
    Echosignale durch alle Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) parallel empfangen werden, wobei die Echosignale jeweils durch Reflexion der eingekoppelten Sendeimpulse an einer Fehlstelle im Material (420) bedingt sind, und wobei
    die analogen Echosignale in digitale Daten umgewandelt werden, die dann abgespeichert und zur Bestimmung der Lage der Fehlstelle im Material (420) ausgewertet werden, wobei
    die Anzahl der Wandlerelemente des Wandlers entlang der Bewegungsrichtung (430) eine virtuelle Vergrößerung aufgrund der Bewegung und der Auswertung der digitalen Daten erfährt, wobei
    die virtuelle Vergrößerung über die Zuordnung von Wegpositionen für die eingekoppelten Sendeimpulse und/oder die empfangenen Echosignale realisiert wird.
    [0009] Prüfverfahren nach Anspruch 8, wobei jeweils der Weg zwischen zwei Sendeimpulsen, den der Wandler (401) aufgrund der Bewegung zurücklegt, erfasst wird und den Sendeimpulsen sowie den empfangenen Echosignalen jeweils eine Wegposition zugeordnet wird, insbesondere, wobei der Weg zwischen zwei Sendeimpulsen, mit einer Genauigkeit von mindestens λ/4 erfasst wird, wobei λ die Wellenlänge der von den Wandlerelementen (410) ausgesandten Schallwellen im Material (420) beschreibt.
    [0010] Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Wandlerelemente jeweils auf einem Kreisbogen eines virtuellen Kreises (120) angeordnet sind, sodass sich von den Wandlerelementen (110) ausgesandte Schallwellen derart überlagern, dass sie einen Sektor einer Elementarwelle (130) mit einer virtuellen Punktquelle (140) approximieren, wobei sich die virtuelle Punktquelle (140) im Mittelpunkt des virtuellen Kreises (120) befindet.
    [0011] Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Wandler (401) einen Winkelbereich (445) im Material beschallt, wobei der Winkelbereich (445) mehrere Einschallwinkel abdeckt, die sich gegenüber einem Lot der Bewegungsrichtung (430), das durch den Mittelpunkt des Wandlers (401) verläuft, definieren, und wobei der Winkelbereich (445) Einschallwinkel von -33° bis +33°, besonders bevorzugt von -20° bis +20°, umfasst, wenn der Wandler (401) Longitudinalwellen erzeugt, und der Winkelbereich (445) Einschallwinkel von +33° bis +80°, besonders bevorzugt von +35° bis +70°, oder von -33° bis -80°, besonders bevorzugt von -35° bis -70°, umfasst, wenn der Wandler (401) Transversalwellen erzeugt, insbesondere, wobei die Wandlerelemente (410) des Wandlers (401) geringfügig verzögert angesteuert werden, sodass durch die Überlagerung der Schallwellen des Wandlers (401) der beschallte Winkelbereich (445) im Material beeinflusst wird.
    [0012] Prüfverfahren nach Anspruch 11, wobei der beschallte Winkelbereich (445) während des Prüfverfahrens konstant bleibt und/oder wobei die verzögerte Ansteuerung zu einer Verbreiterung des beschallten Winkelbereichs (445) führt und/oder wobei die verzögerte Ansteuerung zu einer Änderung eines mittleren Einschallwinkels (440) des Winkelbereichs (445) führt.
    [0013] Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Ultraschall-Prüfkopfsystem ein Ultraschall-Prüfkopfsystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 ist und wobei der erste, zweite und dritte Wandler (201, 202, 203) jeweils dem Wandler (401) entsprechen.
    [0014] Prüfverfahren nach Anspruch 13, wobei jeder der Wandler (201, 202, 203) mit einem Mehrkanal-Ultraschallgerät (450) oder mehreren Einkanal-Ultraschallgeräten (450) verbunden ist, wobei die Ultraschallgeräte (450) Signale über ein schnelles Netzwerk an einen Computer (470) mit digitaler Signalverarbeitung übergeben, und insbesondere wobei der Computer (470) über einen Taktgenerator (460) Signale zu einer Wegerfassung von einem in der Nähef der Wandleranordnung (200) angebrachten Weggeber (310) erhält.
    [0015] Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Auswerten über Signalmittelung mit korrigierter Laufzeit und phasenrichtiger Addition von Aufpunkten und/oder unter Berücksichtigung einer Wegerfassung erfolgt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102019106427A1|2020-09-17|
    US20200292504A1|2020-09-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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