Roboterbasierte Detektion von Oberflächenstrukturen in komplexen Freiformflächen mittels Luftultraschall und Methoden der Bildverarbeitung

Die Anwendung der Ultraschall-Echo-Methode in Verbindung mit einem Luftschallsensor stellt ein geeignetes Verfahren für die berührungslose Erkennung von Oberflächenstrukturen dar, insbesondere wenn beispielsweise optische Methoden wegen der schlechten Ausleuchtung der Oberfläche nicht zum Einsatz gebracht werden können. Das Potential der luftgekoppelten Ultraschallprüftechnik liegt in der Prüfung von Bauteilen, welche mit Koppelmittel nicht in Verbindung gebracht werden sollen und für eine bildgebende Prüfung mit einer Bewegung des Prüfkopfes abgetastet werden müssen. Die Luftultraschalltechnik ist vorzugsweise in Durchschallung einsetzbar, jedoch kann bei nur einseitiger Zugänglichkeit unter günstigen Verhältnissen auch eine direkte Anschallung realisiert werden. In Verbindung mit einem roboterbasierten Prüfsystem und geeigneten Methoden der Bildverarbeitung können Oberflächenstrukturen in Freiformflächen, wie z.B. Einkerbungen und Kerbzahlen detektiert, visualisiert und interpretiert werden. Dieser Beitrag stellt Ergebnisse und Fortschritte bei der roboterbasierten Inspektion von Oberflächenstrukturen an Freiformflächen vor, die jüngst durch den kombinierten Einsatz der genannten Verfahren erzielt wurden. Die Erhöhung der verfügbaren Schallenergie durch eine codierte Signalanregung und der Einfluss der lateralen und axialen Auflösung auf die Genauigkeit der Abbildung wird am Beispiel eines fokussierenden Luftschallsensors für die Erkennung von Kerbzahlen aufgezeigt. Die zur Anwendung gebrachte Ultraschall-Echo-Technik mit fokussierenden Luftschallsensoren bis 800 kHz, die berührungslose Ankopplung über Luft und der Einsatz von Modulen und Verfahren werden beschrieben. Der Einfluss der Schallfeldeigenschaften auf die erzielbare laterale und axiale Auflösung wird an Hand von Messergebnissen aufgezeigt.