Schallfelder von Phased-Array Prüfköpfen: Vergleich von photoelastischen Messungen und Simulationen

Die Verwendung von Phased-Array Schallwandlern eröffnet eine Reihe von neuen Möglichkeiten für die automatisierte Ultraschallprüfung. Beispielsweise ermöglicht die Phased-Array Technik das simultane Prüfen unter verschiedenen Winkeln. Um bei beschränkter Anzahl der Prüfkanäle ein großes Prüfvolumen zu erfassen, können die Elemente zu Lasten der Auflösung vergrößert werden. Allerdings kommt es dann für den Fall der Winkeleinschallung verstärkt zu unerwünschten Nebeneffekten wie Neben- und Gitterkeulen. Daher ist die Kenntnis des Array-Schallfeldes, das von den verwendeten Verzögerungsgesetzen (Winkel, Fokus) abhängt, eine zwingende Vorrausetzung für eine ordnungsgemäße Prüfung. Zur Vermessung des Schallfeldes werden wir in diesem Beitrag die Technik der photoelastischen Char akterisierung vorstellen. Diese Technik ist dazu geeignet, Schallfelder beliebiger Wandler in Glas zu visualisieren und quantitativ zu vermessen. Das verwendete Glas weist sehr ähnliche Schalleigenschaften wie Stahl auf; es bestehen zudem keine Beschränkungen hinsichtlich des Wellentyps. Als Beispiele werden wir Schallfelder von Linienarrays mit verschiedenen Gitterkonstanten und Prüffrequenzen vorstellen. Als Parameter werden dabei die Wasservorlaufstrecke und die eingestellten Winkel und Fokuspunkte variiert. Die Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mittels der halb-analytischen Generalisierten Punktquellensynthese GPSS des Fraunhofer ITWM erzeugt wurden. Unterschiede zwischen Messung und Simulation werden weitergehend analysiert.