Q NET Engineering GmbH
UT Master
Sampling Phased Array Ultraschallplattform
Situation
Gemeinsam mit dem Fraunhofer IZFP wurde ein neues Prinzip der Signalverarbeitung von Gruppenstrahler-Ultraschallsignalen entwickelt. Die Idee, genannt »Der getaktete Gruppenstrahler«, wurde zum Patent angemeldet. Aus diesem Ansatz wurde eine innovative Prüftechnologie entwickelt, die eine wesentliche Erhöhung der Prüfgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Aussagekraft der Prüfergebnisse ermöglicht.
Aufgabe
Ziel der Entwicklungsarbeiten war eine universelle Entwicklungsplattform für Ultraschallprüfsysteme, die im Rahmen von automatisierten Fertigungsprüfungen und wiederkehrenden Prüfungen an betriebsbeanspruchten Komponenten eingesetzt werden.
UT Master - Sampling Phased Array US-Plattform
Mit der neuartigen Ultraschallprüfplattform wurde die konventionelle Gruppenstrahlertechnik prüf- und systemtechnisch weiterentwickelt. Das Mehrkanalkonzept wird deswegen 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.
Im Rahmen der Entwicklung wurden einzelne Plattformkomponenten erstellt, die zusammen eine universell einsetzbare Ultraschallprüfplattform zur quantitativen zerstörungsfreien Ultraschallprüfung von unterschiedlichen Bauteilen und Komponenten bilden (Abbildungen 1, 2 und 3) und aus der sich verschiedene Produkte ableiten lassen, die Q NET unter der Namen UT Master zusammenfasst.
- Abbildung 1: Blockschaltbild der Ultraschallplattform »Sampling Phased Array«.
- Abbildung 2: Ultraschall-Frontend »µ-USE« mit 16 Ultraschallkanälen
- Abbildung 3: Multi-DSP-Rechnermodul
Ein 16-kanaliges Ultraschall-Frontend µ-USE, ein spezielles Rechnermodul zur Durchführung der Echtzeit-Signalverarbeitung und Bildrekonstruktion und die Applikationssoftware wurden zur vollständigen Validierung der neuen Prüftechnik eingesetzt. Sie erfolgte an Testkörpern mit verschiedenen künstlichen und natürlichen Fehlern.
Besondere Vorteile der neuen Technik bestehen in einer erheblichen Steigerung der Prüfgeschwindigkeit bei verbesserter Aussagekraft durch Echtzeit-Integration der Synthetischen Apertur Fokus Technik (SAFT). Ebenso entstand eine neue Prüfelektronik, die durch Einsatz von modernen Komponenten und Technologien der Mikroelektronik als miniaturisiertes Frontend aufgebaut werden konnte und zudem gegenüber konventionellen Systeme preisgünstiger angeboten werden kann.
Die kompakte Bauform der Prüfelektronik gestattet eine Montage in unmittelbarer Nähe der Ultraschallprüfköpfe, so dass durch kurze Kabelwege eine Verringerung von Störeinflüssen erreicht wird.
Alle digitalen Signalverarbeitungsfunktionen, einschließlich der Rekonstruktion von Ultraschallsignalen und Ergebnisbildern sowie die Echtzeit-Datenauswertung und Datenreduktion werden von einem speziellen Rechnermodul durchgeführt, das u.a. über eine parallele Bearbeitungsstruktur verfügt.
Produktfamilie UT Master
Die Ultraschallplattform ist für eine Vielzahl von Einsatzorten und Anwendungen geeignet:
Einsatzorte
- stationäres Laborsystem mit Tauchtechnikwanne
- automatisiertes Prüfsystem für den industriellen Einsatz
- mobiles Prüfsystem
Anwendungen
- automatisierte Prüfungen an Halbprodukten der Stahlindustrie (Knüppel, Stabstahl, Profile usw.)
- automatisierte Prüfungen an Schmiedeteilen (Turbinenwellen, Getriebewellen usw.)
- automatisierte Prüfungen an Faser-Verbundwerkstoffen (durch die patentierte Technik der inversen Phasenanpassung, einer Erweiterung des Sampling Phased Array Prinzips)
- mechanisierte Prüfungen an Kraftwerkkomponenten
Das Ultraschall-Frontend μ-USE kann als mobiles Ultraschall-Prüfgerät eingesetzt werden, wobei es über ein FireWire-Interface an jeden Personalcomputer angeschlossen werden kann (Beispiel in Abb. 2). Dabei werden alle Funktionen des getakteten Gruppenstrahlers über die Applikationssoftware realisiert.
- Abbildung 4: Mobiles Ultraschallprüfsystem bestehend aus Ultraschall-Frontend μ-USE, Gruppenstrahler-Prüfkopf und Applikationssoftware mit Sampling Phased Array Funktionalität
Ansprechpartner
Paul KröningPhone: +49 (0) 6 81/9 76 71 53
Fax: +49 (0) 6 81/9 76 71 58