Simulations- und Exiperimentaluntersuchungen zum Steuern und Fokussieren eines zweidimensionalen Array-Prüfkopfes zum Einsatz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall

Am Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) wurden bereits mehrere unterschiedliche Array-Systeme entwickelt und erprobt. Mit dem aktuellen, dieser Arbeit zugrunde liegenden Prüfkopf wurde ein 256-elementiges Matrix-Array realisiert. Ebenfalls wurde eine Sendeelektronik entwickelt, um die vollelektronische dreidimensionale Schallfeldsteuerung zu demonstrieren und die Schallfeldparameter bei verschiedenen Steuerfunktionen vermessen zu können. Es besteht die Möglichkeit, dieses Sendesystem mit einem kommerziellen Ultraschallgerät zu kombinieren. Dies ermöglicht den Empfang mittels eines konventionellen Einschwingerprüfkopfes bzw. einem Einzelelement des Matrix-Arrays bei sendeseitiger dreidimensionaler Schallfeldsteuerung. Ziel dieser Arbeit war es, Leistungsvermögen und -grenzen des Prüfkopfes im kombinierten Sende-Empfangs-System für die Detektion, Lokalisation und Analyse von Werkstofffehlern zu beurteilen. Zu diesem Zweck wurden Schallfeldstrukturen des Array-Wandlers bei elektronischer Schallbündelschwenkung in Wasser mittels der Generalisierten Punktquellensynthese (GPSS) berechnet und die Modellierungsergebnisse durch Schallfeldvermessungen im Wasserbad verifiziert. Ergänzend wurden die Auflösungsvermögen des Prüfkopfes bestimmt, sowie Experimente vor dem Hintergrund der Fehleranalyse durchgeführt.