Prüfung moderner Leichtbauwerkstoffe
UItraschall-Tomographie als Lösung
Mit dem Mehrkanalprinzip des »Sampling Phased Array« wird das Ultraschallprüfverfahren um eine tomographische zwei- und dreidimensionale Bildgebung erweitert und eignet sich damit auch zur Prüfung moderner Hightech-Materialien, die aufgrund ihrer ausgeprägten Materialstruktur der klassischen Ultraschallprüfung nur schwer zugänglich sind. Bauteile z.B. aus CFK können mit hoher Geschwindigkeit geprüft und ihr Volumen kann vollständig 3-D-visualiert werden. Ein weiterer Vorteil der Ultraschall-Tomographie ist die sehr einfache und kostengünstige Elektronik, bei der die integrierten Rechnerstrukturen der Signalverarbeitung die Bildgebung bewirken.
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Die zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall ist ein etabliertes Prüfverfahren in der Qualitätsprüfung. Werkstücke mit einer ausgeprägten Materialstruktur wie moderne Hightech-Materialien sind einer Ultraschall-Prüfung allerdings nur schwer zugänglich, da die Strukturen die Richtungsabhängigkeit der akustischen Eigenschaften beeinflussen können. Dieses Problem wird durch das vom Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP Saarbrücken entwickelte Mehrkanalkonzept gelöst.
Das Mehrkanalkonzept wird als »getakteter Gruppenstrahler« (»Sampling Phased Array«) bezeichnet, weil ein oder mehrere Gruppenstrahlerelemente nacheinander angeregt (»durchgetaktet«) werden, wobei ein oder mehrere Gruppenstrahlerelemente die Ultraschallechosignale aufnehmen. Aus diesen Informationen können die Ultraschallsignale für beliebige Einschallwinkel und Fokustiefen bzw. vollständige Sektorbilder mittels spezieller Rekonstruktionsalgorithmen berechnet werden. Mit diesem neuen »getakteten« Prinzip ist eine tomographische zwei- und dreidimensionalen Bildgebung auch bei hoher Prüfgeschwindigkeit möglich. Es bietet eine wesentlich höhere Nachweisgarantie von Fehlstellen und eine quantitative Auswertung der Ultraschallprüfergebnisse.
Neue Leichtbauwerkstoffe wie akustisch anisotrope Faserverbundwerkstoffe (CFK-Kompositwerkstoffe) können geprüft und damit auch für sicherheitstechnisch relevante Zwecke eingesetzt werden – und dies mit einer einfachen kostengünstigen Elektronik, bei der die integrierten Rechnerstrukturen der Signalverarbeitung die Bildgebung bewirken.
Beispiel: CFK-Kompositwerkstoffe
Die CFK-Kompositwerkstoffe finden aufgrund ihrer außerordentlichen mechanischen Eigenschaften immer weitere Verbreitung als primäre Strukturkomponenten in der Luftfahrt sowie in anderen Industriebranchen. Die zerstörungsfreie Prüfung dieser Materialien spielt daher eine wichtige Rolle bei der Qualitätssicherung von Komponenten und Bauteilen, sowohl in der Produktion als auch im Betrieb. Von besonderer Bedeutung sind die bildgebenden Prüfverfahren, bei denen die Prüfergebnisse einer schnellen automatischen Auswertung unterzogen werden können.
Mehr Informationen:
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Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP |
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Campus E3.1 |
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66123 Saarbrücken |
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Tel.: +49 681 9302 0 |
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Fax: +49 681 9302 5935 |
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E-Mail: info@izfp.fraunhofer.de |
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www.izfp-d.fraunhofer.de |
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