Sampling Phased Array zur 3D-Visualisierung des Bauteilvolumens

Technische Systeme finden am Markt und in der Gesellschaft nur Akzeptanz, wenn sie beim  Gebrauch nicht versagen, also sicher betrieben werden können. Eine wesentliche Grundlage dafür ist die Gebrauchseignung der Werkstoffe und die Qualität der Werkstoffverbindungen. Diese müssen deshalb während der Fertigung und im Rahmen von Wartung und Instandhaltung zerstörungsfrei geprüft werden.

Die zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall ist ein etabliertes Prüfverfahren in der Qualitätsprüfung. Werkstücke mit einer ausgeprägten Materialstruktur 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 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 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.