DE102009044254A1

DE102009044254A1 - Device for nondestructive inspection of the interior of components and transducers therefor

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Publication number: DE102009044254A1
Application number: DE102009044254A
Authority: DE
Inventors: Julian Dipl.-Ing. Theobald; Stefan Dipl.-Ing. Holl; Klaus Dr. Krämer
Original assignee: Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH; Institut fuer Akustomikroskopie Dr Kraemer GmbH
Current assignee: Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH; Institut fuer Akustomikroskopie Dr Kraemer GmbH
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-05-05
Also published as: WO2011045201A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Inspektion des Inneren von Bauteilen (2) offenbart. Zwischen dem Bauteil (2) und einem freien Ende (12a) des mindestens einen Transducers (12) ist ein flüssiges Koppelmedium (8) vorgesehen. Zur Inspektion des gesamten Bauteils (2) ist eine Verfahreinrichtung (9) vorgesehen, die den mindestens einen Transducer (12) mäanderförmig im Wesentlichen entlang einer ersten Bewegungsrichtung (20a) und entlang einer zweiten, der ersten Bewegungsrichtung (20a) entgegengesetzten Bewegungsrichtung (20b) im flüssigen Koppelmedium (8) über das Bauteil (2) bewegt. Der mindestens eine Transducer (12) ist in Richtung der ersten Bewegungsrichtung (20a) und in Richtung der zweiten Bewegungsrichtung (20b) jeweils mit einem Turbulenzen reduzierenden Fortsatz (27a, 27b) versehen.A device for the non-destructive inspection of the interior of components (2) is disclosed. A liquid coupling medium (8) is provided between the component (2) and a free end (12a) of the at least one transducer (12). To inspect the entire component (2), a traversing device (9) is provided which meanders the at least one transducer (12) essentially along a first direction of movement (20a) and along a second direction of movement (20b) opposite to the first direction of movement (20a). moves in the liquid coupling medium (8) over the component (2). The at least one transducer (12) is each provided with a turbulence-reducing extension (27a, 27b) in the direction of the first direction of movement (20a) and in the direction of the second direction of movement (20b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Inspektion des Inneren von Bauteilen. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Ultraschallanordnung mit mindestens einem Transducer, der dem Bauteil zugeordnet ist. Zwischen den Bauteilen und einem freien Ende des mindestens einen Transducers ist ein flüssiges Koppelmedium vorgesehen. Für die Inspektion des gesamten Bauteils ist eine Verfahreinrichtung vorgesehen, die den mindestens einen Transducer mäanderförmig im Wesentlichen entlang einer ersten Bewegungsrichtung und entlang einer zweiten, der ersten Bewegungsrichtung entgegen gesetzten Bewegungsrichtung, im flüssigen Koppelmedium über das Bauteil bewegt.The present invention relates to a device for nondestructive inspection of the interior of components. The device comprises an ultrasonic arrangement with at least one transducer which is assigned to the component. Between the components and a free end of the at least one transducer, a liquid coupling medium is provided. For the inspection of the entire component, a traversing device is provided, which moves the at least one transducer in a meandering manner substantially along a first direction of movement and along a second, opposite to the first direction of movement, in the liquid coupling medium on the component.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Transducer. Der Transducer ist zur störungsfreien Inspektion des Inneren von Bauteilen geeignet. Der Transducer besitzt ein freies Ende von dem aus Ultraschallwellen abgebbar und von dem ein Echo der abgegebenen Ultraschallwellen empfangbar ist.The invention also relates to a transducer. The transducer is suitable for trouble-free inspection of the interior of components. The transducer has a free end from which can be emitted from ultrasonic waves and from which an echo of the emitted ultrasonic waves can be received.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 032 431 A1 offenbart ein Verfahren zur Detektion von mechanischen Defekten in einem aus einem Stabstück bestehenden Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial besitzt mindestens eine ebene Fläche und eine senkrecht zu dieser Fläche gemessene Dicke von 1 cm bis 100 cm. Bei dem Verfahren wird die ebene Fläche des Stabstücks mit mindestens einem Transducer abgerattert, der über ein flüssiges Koppelmedium an die ebene Fläche des Stabstücks angekoppelt ist.The German patent application DE 10 2006 032 431 A1 discloses a method for detecting mechanical defects in a semiconductor material made of a rod piece. The semiconductor material has at least one flat surface and a thickness of 1 cm to 100 cm measured perpendicular to this surface. In the method, the flat surface of the rod piece is ratcheted with at least one transducer which is coupled via a liquid coupling medium to the flat surface of the rod piece.

Die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 002 832.0 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial besitzt eine Länge, eine Querschnittsfläche und eine entlang der Länge ausgerichtete Mantelfläche. Eine Ultraschallanordnung ist dem Halbleitermaterial zugeordnet. Ebenso ist eine Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Ultraschallanordnung und entlang der Länge L der Mantelfläche des Halbleitermaterials vorgesehen.The unpublished German patent application DE 10 2008 002 832.0 discloses a method and apparatus for nondestructive detection of defects within semiconductor material. The semiconductor material has a length, a cross-sectional area and a lateral surface aligned along the length. An ultrasonic arrangement is associated with the semiconductor material. Likewise, a device for generating a relative movement between the ultrasonic arrangement and along the length L of the lateral surface of the semiconductor material is provided.

Das U.S.-Patent 4,170,144 offenbart eine Vorrichtung zum Abscannen eines Materials. Mit der Vorrichtung ist es möglich, Veränderungen der Dicke oder elastischer Konstanten im Inneren eines Materials zu bestimmen. Dazu wird ein Transducer über die Oberfläche des Materials bewegt. Anhand des von dem Material zurück gestreuten Ultraschallechos kann man auf die Veränderungen der Dicke bzw. der elastischen Konstanten schließen. Die von dem Transducer ausgehenden Ultraschallwellen werden über ein Koppelmedium an das zu untersuchende Bauteil angekoppelt.The U.S. Patent 4,170,144 discloses an apparatus for scanning a material. With the device it is possible to determine changes in the thickness or elastic constants in the interior of a material. This involves moving a transducer over the surface of the material. Based on the ultrasound echo scattered back from the material, it is possible to conclude the changes in thickness or elastic constants. The ultrasonic waves emanating from the transducer are coupled via a coupling medium to the component to be examined.

Die U.S.-Patentanmeldung 2007/001215 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Koppeln des Ultraschalls zwischen einem Transducer und einem Objekt. Ein Scanningelement ist an einem Ultraschall-Transducer angebracht, um dadurch ein integrales Bauteil zusammen mit dem Transducer zu bilden. Dabei ist die den Ultraschall aussendende Fläche des Transducers in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer in einer oberen Kammer angeordnet. Der Ultraschall-Transducer wird dabei relativ zu dem abzuscannenden Objekt bewegt.U.S. Patent Application 2007/001215 A1 discloses a method and apparatus for coupling ultrasound between a transducer and an object. A scanning element is attached to an ultrasound transducer to thereby form an integral component with the transducer. In this case, the ultrasound emitting surface of the transducer is arranged in a liquid-filled chamber in an upper chamber. The ultrasound transducer is thereby moved relative to the object to be scanned.

Die internationale Patentanmeldung WO 02/40987 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur akustischen, mikroskopischen Untersuchung von flachen Substraten. Die zu untersuchenden Substrate werden in eine Nasszelle überführt, in der der Ultraschall angekoppelt wird.The international patent application WO 02/40987 discloses a method and apparatus for acoustic microscopic examination of flat substrates. The substrates to be examined are transferred to a wet cell, in which the ultrasound is coupled.

Der Stand der Technik spricht nicht die Problematik an, welche bei höheren Scanngeschwindigkeiten auftritt. Wenn der Transducer mit einer höheren Geschwindigkeit in dem flüssigen Koppelmedium verfahren wird, bilden sich Turbulenzen bzw. es haften am freien Ende des Transducers Blasen an, die zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen können. Um dies zu vermeiden, ist es im Stand der Technik nur möglich, die Scanngeschwindigkeit des Transducers nicht allzu groß werden zu lassen. Die maximale Geschwindigkeit, mit der der Transducer in dem flüssigen Koppelmedium verfahren werden kann, beträgt bisher ein Meter pro Sekunde.The prior art does not address the problem that occurs at higher scanning speeds. If the transducer is moved at a higher speed in the liquid coupling medium, turbulence forms or bubbles adhere to the free end of the transducer, which can lead to a falsification of the measurement result. To avoid this, it is only possible in the prior art to make the scan speed of the transducer not too large. The maximum speed with which the transducer can be moved in the liquid coupling medium is currently one meter per second.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Inspektion des Inneren von Bauteilen zu schaffen, mit der es möglich ist, in kürzerer Zeit und störungsfrei das Innere eines Bauteils zerstörungsfrei zu inspizieren.The invention has for its object to provide a device for non-destructive inspection of the interior of components, with which it is possible to inspect the interior of a component nondestructively in a shorter time and trouble-free.

Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.The above object is achieved by an apparatus comprising the features of claim 1.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Transducer zur zerstörungsfreien Inspektion des Inneren eines Bauteils derart umzugestalten, dass mit dem Transducer höhere Verfahrgeschwindigkeiten in dem Koppelmedium möglich sind, ohne dabei die Inspektionsqualität und die mit dem Transducer erfolgte Bildaufnahme zu verschlechtern.A further object of the invention is to transform a transducer for nondestructive inspection of the interior of a component in such a way that higher traversing speeds in the coupling medium are possible with the transducer, without impairing the inspection quality and the image recording carried out with the transducer.

Die obige Aufgabe wird durch einen Transducer gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 6 umfasst.The above object is achieved by a transducer comprising the features of claim 6.

Um das gesamte Bauteil zu inspizieren ist es erforderlich, den Transducer bei der Vorrichtung zur zerstörungsfreien Inspektion des Inneren von Bauteilen mäanderförmig über die Oberfläche des Bauteils zu verfahren. Dabei wird die gesamte Oberfläche des Bauteils mit dem mindestens einen Transducer mäanderförmig abgescannt. Dabei wird der Transducer in einer ersten Bewegungsrichtung und in einer zweiten Bewegungsrichtung über die Oberfläche des Bauteils geführt. Dabei ist die erste Bewegungsrichtung der zweiten Bewegungsrichtung entgegengesetzt. Der erfindungsgemäße Transducer ist dabei derart ausgestaltet, dass er einen in Richtung der ersten Bewegungsrichtung und in Richtung der zweiten Bewegungsrichtung weisenden Fortsatz ausgebildet hat. Der Fortsatz ist dabei derart gestaltet, dass er während der Bewegung des Transducers in flüssigem Koppelmedium die auftretenden Turbulenzen minimiert.In order to inspect the entire component, it is necessary to use the transducer in the device for nondestructive inspection of the interior of components meandering over the surface of the component to move. In this case, the entire surface of the component with the at least one transducer is scanned meandering. In this case, the transducer is guided over the surface of the component in a first direction of movement and in a second direction of movement. In this case, the first direction of movement is opposite to the second direction of movement. The transducer according to the invention is designed such that it has formed an extension pointing in the direction of the first movement direction and in the direction of the second movement direction. The extension is designed such that it minimizes the turbulence occurring during the movement of the transducer in liquid coupling medium.

Die Fortsätze des mindestens einen Transducers weisen eine Höhe auf. Bei der Benutzung des mindestens einen Transducers tauchen die Fortsätze dabei mindestens zur Hälfte der Höhe in das flüssige Koppelmedium ein. Jeder der Fortsätze besitzt eine Länge und eine maximale Breite. Die Länge ist größer als die maximale Breite. Die maximale Breite ist mindestens gleich dem Durchmesser des Transducers am freien Ende des Transducers.The extensions of the at least one transducer have a height. When using the at least one transducer, the extensions immerse at least half of the height in the liquid coupling medium. Each of the extensions has a length and a maximum width. The length is greater than the maximum width. The maximum width is at least equal to the diameter of the transducer at the free end of the transducer.

Die Fortsätze des Transducers haben sowohl in der ersten Bewegungsrichtung als auch in der zweiten Bewegungsrichtung die gleiche Form. Bevorzugt haben die Fortsätze die Form eines gleichschenkligen Dreiecks. Die beiden Schenkel treffen in Bewegungsrichtung unter einem spitzen Winkel aufeinander. Die Spitze des gleichschenkligen Dreiecks, bei der die Schenkel unter dem Winkel aufeinander treffen, ist eine abgerundete Spitze.The extensions of the transducer have the same shape both in the first direction of movement and in the second direction of movement. Preferably, the extensions have the shape of an isosceles triangle. The two legs meet in the direction of movement at an acute angle to each other. The apex of the isosceles triangle, where the legs meet at an angle, is a rounded tip.

Für eine vorteilhafte und zerstörungsfreie Inspektion des Inneren von Bauteilen wird ein Transducer verwendet, der ein Element trägt, das zwei gegenüberliegende Fortsätze ausgebildet hat. Der Transducer besitzt ein freies Ende, das die für die zerstörungsfreie Inspektion des Bauteils erforderliche Ultraschallwellen abgibt und das von dem zu untersuchenden Bauteil Echo der Ultraschallwellen empfängt. Die Fortsätze des am Transducer befestigten Elements weisen dabei bei Gebrauch des Transducers in die erste Bewegungsrichtung und in die zweite Bewegungsrichtung. Dabei ist zu bemerken, dass die erste Bewegungsrichtung der zweiten Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist.For an advantageous and non-destructive inspection of the interior of components, a transducer is used that carries an element that has two opposing extensions formed. The transducer has a free end which delivers the ultrasonic waves required for non-destructive inspection of the component and which receives echo of the ultrasonic waves from the component to be examined. The extensions of the element fastened to the transducer have in the first direction of movement and in the second direction of movement when the transducer is in use. It should be noted that the first direction of movement is opposite to the second direction of movement.

Die Fortsätze des Elements, welches am Transducer befestigt ist, haben mindestens eine Höhe, eine Länge und eine maximale Breite. Die Länge ist dabei größer als die maximale Breite. Die maximale Breite ist mindestens gleich einem Durchmesser des mindestens einen Transducers am freien Ende des mindestens einen Transducers. Als Transducer werden piezo-elektrische Wandler für Ultraschalluntersuchungen der Bauteile verwendet. Die Transducer wandeln eine elektrische Spannung in ein Ultraschallsignal und umgekehrt. Dies geschieht mit Hilfe eines Piezo-Elements.The extensions of the element, which is attached to the transducer, have at least one height, one length and a maximum width. The length is greater than the maximum width. The maximum width is at least equal to a diameter of the at least one transducer at the free end of the at least one transducer. The transducers used are piezoelectric transducers for ultrasound examinations of the components. The transducers convert an electrical voltage into an ultrasonic signal and vice versa. This is done with the help of a piezo element.

Als Piezo-Element werden Materialien bezeichnet, die bei Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form verändern. Umgekehrt führt mechanischer Druck, welcher durch das Echo erzeugt werden kann, auf ein Piezo-Element dazu, dass das Piezo-Element eine elektrische Spannung erzeugt. Diese Effekte nutzt ein Transducer aus.Piezo elements are materials which change their shape when an electrical voltage is applied. Conversely, mechanical pressure, which can be generated by the echo, causes a piezoelectric element to cause the piezoelectric element to generate an electrical voltage. These effects are exploited by a transducer.

In einem Transducer befindet sich ein Piezo-Element, dass aus Zinkoxyd (ZnO) gebildet ist. Wird an dem Transducer eine elektrische Spannung angelegt, verformt sich das Piezo-Element aufgrund der beschriebenen Eigenschaften. Wird die elektrische Spannung mit einer bestimmten Frequenz angelegt, erfolgt auch die Verformung des Piezo-Elements im Transducer mit einer Frequenz, bei der akustische Wellen erzeugt werden. In Abhängigkeit von der Form und Größe des Piezo-Elements und dem Material, werden Ultraschallsignale mit unterschiedlicher Frequenz bzw. Bandbreite erzeugt. Diese akustischen Wellen bzw. Ultraschallwellen werden im Transducer gebündelt und durch eine Reihe von Linsen und Filtern fokussiert. Über eine weitere Linse (Kalotte) auf der Unterseite bzw. am freien Ende des Transducers verlassen die erzeugten Ultraschallwellen den Transducer. Für die Erzeugung eines Bildes an dem zu inspizierenden Bauteil nutzt man die Umkehrung des Piezo-elektrischen Effekts aus. Trifft ein reflektiertes Ultraschallsignal (Echo) auf den Transducer, werden diese Ultraschallwellen an das aktive Element im Inneren des Transducers geleitet. Die Ultraschallwellen bewirken dort eine Verformung des Piezo-Elements. Das Piezo-Element wandelt die Verformung in eine entsprechende elektrische Spannung. Aus der Höhe und Art der elektrischen Spannung wird das Ultraschallbild von dem zu untersuchenden Bauteil erzeugt.In a transducer is a piezo element that is made of zinc oxide (ZnO). If an electrical voltage is applied to the transducer, the piezoelectric element deforms due to the properties described. If the electrical voltage is applied at a certain frequency, the deformation of the piezo element in the transducer also takes place at a frequency at which acoustic waves are generated. Depending on the shape and size of the piezo element and the material, ultrasonic signals with different frequency or bandwidth are generated. These acoustic waves or ultrasonic waves are focused in the transducer and focused through a series of lenses and filters. The generated ultrasonic waves leave the transducer via another lens (calotte) on the underside or at the free end of the transducer. For the generation of an image on the component to be inspected, use is made of the reversal of the piezoelectric effect. If a reflected ultrasonic signal (echo) hits the transducer, these ultrasonic waves are directed to the active element inside the transducer. The ultrasonic waves cause a deformation of the piezoelectric element there. The piezo element converts the deformation into a corresponding electrical voltage. From the height and type of electrical voltage, the ultrasound image is generated by the component to be examined.

Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die erfindungsgemäße Vorrichtung und den erfindungsgemäßen Transducer und deren Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.In the following, embodiments of the device according to the invention and the transducer according to the invention and their advantages are explained in more detail with reference to the attached figures.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion bzw. Inspektion von Defekten im Inneren von Bauteilen. 1 shows a schematic view of a device for nondestructive detection or inspection of defects inside components.

2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Transducers für die Abgabe und den Empfang von Ultraschallwellen. 2 shows a schematic view of the structure of a transducer for the delivery and reception of ultrasonic waves.

3 zeigt eine schematische Ansicht, wie ein zu untersuchendes Bauteil mit einem Transducer mäanderförmig abgescannt wird. 3 shows a schematic view of how to scan a component to be examined with a transducer meandering.

4 zeigt eine Darstellung eines Transducers gemäß dem Stand der Technik. 4 shows a representation of a transducer according to the prior art.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Transducers gemäß der gegenwärtigen Erfindung. 5 shows a perspective view of a transducer according to the present invention.

6 zeigt die Darstellung der Turbulenzen und Blasenbildung bei der Bewegung eines Transducers in flüssigem Koppelmedium gemäß dem Stand der Technik. 6 shows the representation of the turbulence and blistering during the movement of a transducer in liquid coupling medium according to the prior art.

7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Transducers bei der Bewegung in flüssigem Koppelmedium gemäß dem Stand der Technik. 7 shows an enlarged view of the transducer during movement in liquid coupling medium according to the prior art.

8 zeigt eine Ansicht des Transducers gemäß dem Stand der Technik während der Bewegung am Umkehrpunkt der mäanderförmigen Abscannstruktur. 8th shows a view of the transducer according to the prior art during the movement at the reversal point of the meandering Abscannstruktur.

9 zeigt ein mit dem Transducer gemäß dem Stand der Technik aufgenommenes Bild, bei dem Fehler im Bild erkennbar sind. 9 shows an image taken with the transducer according to the prior art, in which errors are visible in the image.

10 zeigt eine Darstellung der Bewegung des erfindungsgemäßen Transducers im flüssigen Koppelmedium. 10 shows a representation of the movement of the transducer according to the invention in the liquid coupling medium.

11 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Transducer gemäß der gegenwärtigen Erfindung. 11 shows a schematic plan view of the transducer according to the present invention.

12 zeigt eine schematische Seitenansicht des Transducers in Zuordnung zu dem inspizierenden Bauteil. 12 shows a schematic side view of the transducer in association with the inspecting component.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung 1 zur zerstörungsfreien Inspektion von Bauteilen 2. Die in 1 beschriebene Anordnung 1 ist Stand der Technik. Mit der Anordnung 1 können Bauteile 2 mit beliebigem Querschnitt Q untersucht werden. Das zu untersuchende Bauteil 2 ist in einem Behältnis 6 positioniert, dass mit einem flüssigen Koppelmedium 8 gefüllt ist. Die Vorrichtung 10 zur zerstörungsfreien Inspektion des Bauteils 2 besitzt in der hier gezeigten Darstellung mehrere Transducer 12. Von den Transducern 12 werden Ultraschallsignale abgegeben und über das Koppelmedium 8 an das Bauteil 2 gekoppelt. Der Doppelpfeil 9 deutet an, dass die mehreren Transducer 12 entlang des zu untersuchenden Bauteils 2 verfahren werden, um dadurch das gesamte Bauteil 2 zu erfassen und von dem aus dem Bauteil 2 zurückkommenden Ultraschallecho ein entsprechendes Bild des Inneren des Bauteils 2 zu erzeugen. Die mehreren Transducer 12 werden entsprechend entlang der Oberfläche 2a des Bauteils 2 verfahren. Während des Verfahrens der Transducer 12 tauchen diese in das flüssige Koppelmedium 8 ein. 1 shows a schematic view of an arrangement 1 for non-destructive inspection of components 2 , In the 1 described arrangement 1 is state of the art. With the arrangement 1 can components 2 be examined with any cross section Q. The component to be examined 2 is in a container 6 positioned that with a liquid coupling medium 8th is filled. The device 10 for non-destructive inspection of the component 2 has several transducers in the illustration shown here 12 , From the transducers 12 ultrasonic signals are emitted and via the coupling medium 8th to the component 2 coupled. The double arrow 9 indicates that the multiple transducers 12 along the component to be examined 2 be moved to thereby the entire component 2 to capture and from the component 2 returning ultrasonic echo a corresponding image of the interior of the component 2 to create. The multiple transducers 12 be appropriate along the surface 2a of the component 2 method. During the procedure the transducer 12 immerse them in the liquid coupling medium 8th one.

2 zeigt die Ausgestaltung eines Transducers 12, der zur Erzeugung eines Ultraschallbilds Verwendung findet. Der Transducer 12 besitzt eine Verbindung 7, über die er mit anderen Bauteilen 2 der Anordnung 1 verbunden werden kann. Über diese Verbindung 7 werden z. B. die elektrischen Verbindungen geführt. Ferner stellt diese Verbindung 7 ebenfalls die mechanische Verbindung dar. Am unteren Ende des Transducers 12 ist das aktive Element 14 vorgesehen. Das aktive Element 14 ist das Piezo-Element, mit dem die Schallwellen erzeugt werden und das die von dem Bauteil 2 zurückkommenden Schallwellen empfängt und entsprechend in elektrische Signale wandelt. Ferner sind mehrere Elektroden 11 vorgesehen, die für die entsprechende Wandlung der Signale verantwortlich sind. Über mehrere elektrische Leitungen 17 werden dem Transducer 12 die Spannungen zugeführt bzw. werden von den Transducern 12 die Spannungen zur entsprechenden Wandlung abgeführt. Ebenso ist eine elektrische Schaltung 18 vorgesehen, die für die Wandlung der Ultraschallwellen in elektrische Signale verantwortlich ist. Ebenso wird über die elektrische Schaltung 18 das Anlegen der elektrischen Spannung an das entsprechende aktive Element 14 gesteuert. Die elektrischen Leitungen 17, die elektrische Schaltung 18 und das aktive Element 14 sind in einem Gehäuse 19 untergebracht. An der Gehäuseinnenwand liegt ein zusätzliches Rohr 16 an, das das aktive Element 14 haltert. Das Gehäuse 19 ist durch eine Endplatte 13 abgeschlossen und bildet somit das freie Ende 12a des Transducers 12. Im Inneren des Gehäuses 19 sind zumindest die Leitungen 17 von einer Füllung 15 umgeben. Diese Füllung 15 dämpft diffus die abgestrahlten Ultraschallsignale. Die Endplatte 13 ist das freie Ende 12a des Transducers 12 und befindet sich zwischen der Linse und dem Koppelmedium 8. Ferner schützt die Endplatte 13 den Transducer 12 vor Beschädigungen. 2 shows the embodiment of a transducer 12 which is used to generate an ultrasound image. The transducer 12 has a connection 7 about which he deals with other components 2 the arrangement 1 can be connected. About this connection 7 be z. B. led the electrical connections. Further, this connection represents 7 also the mechanical connection. At the lower end of the transducer 12 is the active element 14 intended. The active element 14 is the piezo element used to generate the sound waves and that of the component 2 receives returning sound waves and converts accordingly into electrical signals. Furthermore, there are several electrodes 11 provided that are responsible for the corresponding conversion of the signals. Over several electrical lines 17 become the transducer 12 the voltages are supplied by the transducers 12 the voltages dissipated to the corresponding conversion. Likewise is an electrical circuit 18 provided, which is responsible for the conversion of the ultrasonic waves into electrical signals. Likewise, via the electrical circuit 18 the application of the electrical voltage to the corresponding active element 14 controlled. The electrical wires 17 , the electrical circuit 18 and the active element 14 are in a housing 19 accommodated. On the inside wall of the housing is an additional tube 16 that is the active element 14 supports. The housing 19 is through an end plate 13 completed and thus forms the free end 12a of the transducer 12 , Inside the case 19 are at least the lines 17 from a filling 15 surround. This filling 15 diffusely attenuates the radiated ultrasonic signals. The end plate 13 is the free end 12a of the transducer 12 and is located between the lens and the coupling medium 8th , Furthermore, the end plate protects 13 the transducer 12 from damage.

3 zeigt die schematische Darstellung, wie das Bauteil 2 mit dem Transducer 12 abgescannt wird. Der Transducer 12 wird dabei mäanderförmig über der Oberfläche 2a des Bauteils 2 geführt. Die mäanderförmige Bewegung des Transducers 12 setzt sich somit aus einer ersten Bewegungsrichtung 20a und einer zweiten Bewegungsrichtung 20b zusammen. Dabei ist die erste Bewegungsrichtung 20a parallel zur zweiten Bewegungsrichtung 20b und die zweite Bewegungsrichtung 20b ist der ersten Bewegungsrichtung 20a entgegengesetzt. Bei Umkehrpunkten 22 wird der Transducer 12 von der ersten Bewegungsrichtung 20a in die zweite Bewegungsrichtung 20b übergeführt. Somit ist es möglich, die gesamte Oberfläche 2a des Bauteils 2 mit dem Transducer 12 abzuscannen und somit ein Ultraschallbild von einem inneren Bereich des Bauteils 2 zu erfassen. 3 shows the schematic representation of how the component 2 with the transducer 12 is scanned. The transducer 12 becomes meandering above the surface 2a of the component 2 guided. The meandering movement of the transducer 12 is thus composed of a first direction of movement 20a and a second direction of movement 20b together. Here is the first direction of movement 20a parallel to the second direction of movement 20b and the second direction of movement 20b is the first direction of movement 20a opposed. At reversal points 22 becomes the transducer 12 from the first movement direction 20a in the second direction of movement 20b converted. Thus, it is possible the entire surface 2a of the component 2 with the transducer 12 scan and thus an ultrasound image of an inner region of the component 2 capture.

4 zeigt einen Transducer 12, wie er gemäß dem Stand der Technik Verwendung findet. Der Transducer 12 ist, wie bereits in der Beschreibung zur 2 erwähnt, über die Verbindung 7 mit einem Träger 24 verbunden. Der Transducer 12 besitzt gemäß dem Stand der Technik eine im Wesentlichen zylindrische Form. Vom freien Ende 12a des Transducers 12 werden die für die zerstörungsfreie Untersuchung des Bauteils 2 erforderlichen Ultraschallsignale ausgesendet und die für die Bilddarstellung erforderlichen Ultraschallsignale empfangen. Das freie Ende 12a und ein Teil des Transducers 12 taucht somit in das flüssige Koppelmedium 8 ein. 4 shows a transducer 12 as used in the prior art. The transducer 12 is, as already in the description of 2 mentioned about the connection 7 with a carrier 24 connected. The transducer 12 according to the prior art has a substantially cylindrical shape. From the free end 12a of the transducer 12 Be the one for nondestructive inspection of the component 2 transmitted ultrasound signals and receive the required for the image display ultrasonic signals. The free end 12a and part of the transducer 12 thus immersed in the liquid coupling medium 8th one.

5 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Transducers 12 im Bereich des freien Endes 12a. In dem zylindrischen Abschnitt des Transducers 12 ist ein Element 27 befestigt. Das Element 27 besitzt zwei gegenüberliegende Fortsätze 27a und 27b. Bei Gebrauch des erfindungsgemäßen Transducers 12 weisen der erste Fortsatz 27a in die erste Bewegungsrichtung 20a und der zweite Fortsatz 27b in die zweite Bewegungsrichtung 20b. 5 shows the inventive design of the transducer 12 in the area of the free end 12a , In the cylindrical section of the transducer 12 is an element 27 attached. The element 27 has two opposite extensions 27a and 27b , When using the transducer according to the invention 12 have the first extension 27a in the first direction of movement 20a and the second extension 27b in the second direction of movement 20b ,

6 zeigt eine Darstellung des Transducers 12 gemäß dem Stand der Technik, wie er in dem flüssigen Koppelmedium 8 über das Bauteil 2 (hier nicht dargestellt) geführt wird. Der Transducer 12 wird entlang der ersten Bewegungsrichtung 20a geführt. Wie aus der 6 deutlich zu erkennen ist, treten im Koppelmedium 8 erhebliche Turbulenzen 30 und eine verstärkte Blasenbildung 31 auf. Die Turbulenzen 30 und die Blasenbildung 31 werden durch die Bewegung des Transducers 12 im Koppelmedium 8 hervorgerufen. Je höher die Geschwindigkeit des Transducers 12 in der ersten Bewegungsrichtung 20a oder der zweiten Bewegungsrichtung 20b ist, desto größer sind die Turbulenzen 30 und die Blasenbildung 31. 6 shows a representation of the transducer 12 according to the prior art, as in the liquid coupling medium 8th over the component 2 (not shown here) is performed. The transducer 12 becomes along the first direction of movement 20a guided. Like from the 6 can be clearly seen occur in the coupling medium 8th considerable turbulence 30 and increased blistering 31 on. The turbulence 30 and the blistering 31 be through the movement of the transducer 12 in the coupling medium 8th caused. The higher the speed of the transducer 12 in the first direction of movement 20a or the second direction of movement 20b is, the greater the turbulence 30 and the blistering 31 ,

7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Transducers 12, der entlang der Bewegungsrichtung 20a durch das Koppelmedium 8 geführt wird. Wie aus der 7 deutlich zu erkennen ist, tritt aufgrund der Bewegung des Transducers 12 eine verstärkte Blasenbildung 31 im Koppelmedium 8 auf. Hinzu kommt, dass aufgrund der schnellen Bewegung des Transducers 12 im Koppelmedium 8 ein Teil der Flüssigkeit auf den Transducer 12 aufsteigt und somit zu erheblichen Turbulenzen 30 im Koppelmedium 8 führt. 7 shows an enlarged view of the transducer 12 moving along the direction of movement 20a through the coupling medium 8th to be led. Like from the 7 can be clearly seen occurs due to the movement of the transducer 12 an increased blistering 31 in the coupling medium 8th on. In addition, due to the rapid movement of the transducer 12 in the coupling medium 8th a part of the liquid on the transducer 12 rises and thus to considerable turbulence 30 in the coupling medium 8th leads.

8 zeigt das freie Ende 12a des Transducers 12 während der Bewegung im Koppelmedium 8. Gerade am Umkehrpunkt 22 zwischen der ersten Bewegungsrichtung 20a und der zweiten Bewegungsrichtung 20b tritt eine verstärkte Blasenbildung 31 auf. Ebenso kommt es am Umkehrpunkt 22 zu erheblichen Turbulenzen 30. Dies ist leicht vorstellbar, da am Umkehrpunkt 22 die Geschwindigkeit des Transducers 12 in der ersten Bewegungsrichtung 20a reduziert werden muss und der Transducer 12 am Umkehrpunkt 22 wieder in die zweite Bewegungsrichtung 20b auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt werden muss. In 8 ist die Situation dargestellt, dass am freien Ende 12a des Transducers 12 eine Luftblase anhaftet. 8th shows the free end 12a of the transducer 12 during the movement in the coupling medium 8th , Just at the reversal point 22 between the first direction of movement 20a and the second direction of movement 20b occurs an increased blistering 31 on. It also comes at the turning point 22 to considerable turbulence 30 , This is easy to imagine, because at the reversal point 22 the speed of the transducer 12 in the first direction of movement 20a must be reduced and the transducer 12 at the turning point 22 again in the second direction of movement 20b has to be accelerated to a certain speed. In 8th the situation is shown at the free end 12a of the transducer 12 a bubble sticks.

9 zeigt ein Ultraschallbild 33 aus dem Inneren des Bauteils 2. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Bild mehrere schwarze Streifen 35 aufweist, die keine Bildinformation enthalten. Diese schwarzen Streifen 35 rühren daher, dass bei dem Transducer 12 des Standes der Technik gerade am Umkehrpunkt 22 Luftblasen am freien Ende 12a des Transducers anhaften. Die Luft bzw. Luftblasen, die am freien Ende 12a des Transducers 12 anhaften, reflektieren den Ultraschall vollkommen. Somit ergeben sich am akustischen Bild an den Stellen die Fragmentweisen Zeilenausfälle 35. 9 shows an ultrasound image 33 from the inside of the component 2 , It can be clearly seen that the picture has several black stripes 35 having no image information. These black stripes 35 Stir therefore, that in the transducer 12 of the prior art just at the reversal point 22 Air bubbles at the free end 12a cling to the transducer. The air or air bubbles at the free end 12a of the transducer 12 cling, perfectly reflect the ultrasound. Thus, fragmented line failures occur at the acoustic image at the locations 35 ,

10 zeigt den erfindungsgemäßen Transducer 12 mit dem am Transducer 12 befestigten Element 27, das geeignet ist, bei der Bewegung in flüssigem Koppelmedium 8 die Turbulenzen zu reduzieren. Das Element 27 besitzt einen ersten Fortsatz 27a und einen zweiten Fortsatz 27b. Durch diese Fortsätze 27a, 27b ist es möglich, dass auch bei hohen Scanngeschwindigkeiten von bis zu ca. 1,5 Meter pro Sekunde die Turbulenzen 30 und auch die Blasenbildung 31 im Koppelmedium 8 reduziert sind. 10 shows the transducer according to the invention 12 with the at the transducer 12 fastened element 27 , which is suitable when moving in liquid coupling medium 8th to reduce the turbulence. The element 27 has a first extension 27a and a second extension 27b , Through these extensions 27a . 27b It is possible that even at high scanning speeds of up to about 1.5 meters per second, the turbulence 30 and also the blistering 31 in the coupling medium 8th are reduced.

11 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Transducer 12 mit dem die Turbulenzen 30 reduzierenden Element 27. Das Element 27 besitzt einen ersten Fortsatz 27a und einen zweiten Fortsatz 27b. Der erste Fortsatz 27a ist in Bewegungsrichtung 20a und der zweite Fortsatz 27b ist in Bewegungsrichtung 20b ausgerichtet. Jeder der Fortsätze 27a und 27b besitzt eine Breite B und eine Länge L. Dabei ist die Länge L größer als die Breite B des Fortsatzes 27a bzw. 27b. Ebenso sind die beiden Fortsätze 27a und 27b derart ausgebildet, dass deren Breite B zumindest gleich dem Durchmesser D des Transducers 12 ist. Die Fortsätze 27a und 27b des Elements 27 haben beide die gleiche Form. Die Form der Fortsätze 27a und 27b ist ein gleichschenkliges Dreieck. Die Schenkel 28 eines jeden der Fortsätze 27a oder 27b schließen dabei einen spitzen Winkel a ein. Die Spitzen 29 der Fortsätze 27a und 27b sind abgerundet. 11 shows a plan view of the transducer according to the invention 12 with that the turbulence 30 reducing element 27 , The element 27 has a first extension 27a and a second extension 27b , The first extension 27a is in the direction of movement 20a and the second extension 27b is in the direction of movement 20b aligned. Each of the extensions 27a and 27b has a width B and a length L. In this case, the length L is greater than the width B of the extension 27a respectively. 27b , Likewise, the two extensions 27a and 27b formed such that its width B at least equal to the diameter D of the transducer 12 is. The extensions 27a and 27b of the element 27 both have the same shape. The shape of the extensions 27a and 27b is an isosceles triangle. The thigh 28 of each of the extensions 27a or 27b include an acute angle a. The tips 29 of the extensions 27a and 27b are rounded.

12 zeigt eine Seitenansicht des Transducers 12 mit dem Element 27, das für eine Reduktion der Turbulenzenbildung während des Verfahrens des Transducers 12 im Koppelmedium 8 sorgt. Das Element 27 ist dabei derart am Transducer 12 befestigt, dass das freie Ende 12a des Transducers 12 das Element 27 überragt. Das freie Ende 12a des Transducers 12 ist gegenüber dem Bauteil 2 angeordnet, von dem es gilt, das Innere des Bauteils 2 zu inspizieren. Der Transducer 12 taucht dabei derart weit in das Koppelmedium 8 ein, dass zumindest die Linie 8a des flüssigen Koppelmediums 8 bis zur Hälfte der Höhe H des Elements 27 reicht. Da das Element 27 mit den beiden Fortsätzen 27a und 27b eine strömungsoptimierte Form des Transducers 12 bildet, werden dadurch Turbulenzen 30 und auch Luftblasen, sowie die Wellenbildung im Koppelmedium 8 deutlich reduziert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Transducers 12 ist es möglich, die maximale Scanngeschwindigkeit mit einem Ultraschallmikroskop von bisher ein Meter pro Sekunde auf 1,5 Meter pro Sekunde zu erhöhen. Mit dem Ultraschallmikroskop kann eine maximale Vergrößerung von 250fach erreicht werden. Dabei ist ein minimales Scannfeld von 500 μm auf 500 μm möglich. Der Transducer 12 sendet Schallfrequenzen im Bereich von 1 MHz bis 1000 MHz aus. Der Transducer 12 mit dem erfindungsgemäßen Element 27 zur Reduktion von Turbulenzen 30 und Wellenbildung im Koppelmedium 8 kann bei verschiedensten Ultraschallmikroskopen verwendet werden. 12 shows a side view of the transducer 12 with the element 27 for a reduction of turbulence formation during the process of the transducer 12 in the coupling medium 8th provides. The element 27 is so on the transducer 12 attached that free end 12a of the transducer 12 the element 27 surmounted. The free end 12a of the transducer 12 is opposite the component 2 arranged, of which it applies, the interior of the component 2 to inspect. The transducer 12 dives so far into the coupling medium 8th one that at least the line 8a the liquid coupling medium 8th up to half the height H of the element 27 enough. Because the element 27 with the two extensions 27a and 27b a flow-optimized form of the transducer 12 forms turbulence 30 and also air bubbles, as well as the wave formation in the coupling medium 8th significantly reduced. Due to the inventive design of the transducer 12 It is possible to increase the maximum scanning speed with an ultrasonic microscope from 1 meter per second to 1.5 meters per second. With the ultrasonic microscope, a maximum magnification of 250x can be achieved. A minimum scanning field of 500 μm to 500 μm is possible. The transducer 12 emits sound frequencies in the range of 1 MHz to 1000 MHz. The transducer 12 with the element according to the invention 27 to reduce turbulence 30 and wave formation in the coupling medium 8th can be used in a variety of ultrasound microscopes.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Dabei ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass das die Turbulenzen 30 reduzierende Element 27 Abwandlungen aufweisen kann, die ebenfalls die Wirkung erzielen, dass die Turbulenzen 30 während der Bewegung des Transducers 12 im Koppelmedium 8 deutlich reduziert sind.The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it will be apparent to those skilled in the art that modifications or changes may be made to the invention without departing from the scope of the following claims. It is natural for a person skilled in the art that this is the turbulence 30 reducing element 27 Variations may also have the effect that the turbulence 30 during the movement of the transducer 12 in the coupling medium 8th are significantly reduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006032431 A1 [0003]
DE 102008002832 [0004]
US 4170144 [0005]
WO 02/40987 [0007]

Claims

Device for nondestructive inspection of the interior of components ( 2 ), in particular with an ultrasonic arrangement ( 10 ), with at least one transducer ( 12 ), which is the component ( 2 ) is assigned, that between the component ( 2 ) and a free end ( 12a ) of the at least one transducer ( 12 ) a liquid coupling medium ( 8th ) is provided for the inspection of the entire component ( 2 ) a moving device ( 9 ) is provided which the at least one transducer ( 12 ) meandering substantially along a first direction of movement ( 20a ) and along a second, the first direction of movement ( 20a ) opposite direction of movement ( 20b ) in the liquid coupling medium ( 8th ) over the component ( 2 ), characterized in that the at least one transducer ( 12 ) in the direction of the first direction of movement ( 20a ) and in the direction of the second direction of movement ( 20b ) one each during movement in the liquid coupling medium ( 8th ) Turbulence-reducing extension ( 27a . 27b ) having.

Device according to claim 1, wherein the extensions ( 27a . 27b ) of the at least one transducer ( 12 ) have a height (H) and that when using the at least one transducer ( 12 ) the extensions ( 27a . 27b ) at least half of the height (H) in the liquid coupling medium ( 8th ) immerse.

Device according to one of claims 1 and 2, wherein each of the extensions ( 27a . 27b ) has a length (L) and a maximum width (B), the length (L) is greater than the maximum width (B) and that the maximum width (B) at least equal to a diameter (D) of the at least one transducer ( 12 ) at the free end ( 12a ) of the transducer ( 12 ).

Device according to one of claims 1 to 3, wherein each of the extensions ( 27a . 27b ) has the same shape.

Apparatus according to claim 4, wherein the mold is an isosceles triangle and the two legs ( 28 ) in the direction of movement ( 20a 20b ) include an acute angle (α) and a rounded tip ( 29 ) form.

Transducer ( 12 ) for nondestructive inspection of the interior of components ( 2 ), the transducer ( 12 ) a free end ( 12a ), from which the ultrasonic waves can be emitted and from which an echo of the emitted ultrasonic waves can be received, characterized in that on the transducer ( 12 ) an element ( 27 ), which has two opposing extensions ( 27a . 27b ) has formed.

A transducer according to claim 6, wherein the projections ( 27a . 27b ) of the element ( 12 ) have at least one height (H), one length (L) and one maximum width (B), the length (L) being greater than the maximum width (B) and the maximum width (B) at least equal to a diameter (B) D) of the at least one transducer ( 12 ) at the free end ( 12a ) of the transducer ( 12 ).

A transducer according to claims 6 to 7, wherein the element ( 27 ) with the two extensions ( 27a . 27b ) on the transducer ( 12 ) is arranged that the free end ( 12a ) of the transducer ( 12 ) the element ( 27 ) surmounted.

A transducer according to claims 6 to 8, wherein each of the extensions ( 27a . 27b ) has the same shape.

A transducer according to claim 9, wherein the shape is an isosceles triangle and the two legs ( 28 ) include an acute angle (α) and a rounded tip ( 29 ) form.