相控阵显示解析

In diesem Abschnitt wird näher erläutert wie eine Phased-Array-Darstellung aufgebaut ist. Insbesondere werden die nötigen Eingaben und das Verhältnis der verschiedenen Phased-Array-Darstellungsarten zum eingesetzten Sensor und zum Prüfteil näher erklärt. Es werden auch die üblichen A-Bildanzeigen der Phased-Array-Darstellung behandelt.

Zur Gerätekonfiguration benötigte Elemente

Wie bereits erwähnt, müssen für eine ordentliche Ultraschallprüfung viele Faktoren überprüft und eingestellt werden. Zusammenfassend braucht man für eine genaue Prüfung zur Justierung des Geräts materialspezifische und sensorspezifische Parameter.

Material:

1. Die Schallgeschwindigkeit im Werkstoff muss eingestellt werden, um die Tiefe genau messen zu können. Es ist wichtig, den richtigen Schallgeschwindigkeitsmodus einzustellen (longitudinal oder transversal). Bei der Prüfung mit Senkrechteinschallung werden normalerweise Longitudinalwellen eingesetzt, bei der Prüfung mit Winkelsensor eher Transversalwellen.
2. Normalerweise wird die Dicke des Prüfteils eingegeben. Dies ist besonders wichtig bei der Prüfung mit Winkelsensor. So kann bei dieser Prüfart die Tiefe anhand des Sprungabstands bestimmt werden.
3. Beim Prüfen von gekrümmten Teilen muss der Krümmungsradius eingegeben werden. Dieser Krümmungsradius wird zur genauen Tiefenmessung berücksichtigt.

Sensor:

1. Die Frequenz muss zur genauen Einstellung der Impulsgeneratorparameter und Empfängerfilter bekannt sein.
2. Die Nullpunktverschiebung muss ermittelt werden. Sie dient dazu, die von Ankoppelung, zugehörigen Schichten, Kabeln und der Elektronik verursachte Verzögerungen zu kompensieren.
3. Die Amplitude der Echos von bekannten Reflektoren muss als Referenz eingestellt werden, damit Größenbestimmungstechniken anhand der Amplitude eingesetzt werden können.
4. Es muss der Einschallwinkel des Schallbündels angegeben werden.
5. Für Phased-Array-Sensoren muss die Anzahl Elemente und deren Abstand bekannt sein.

Vorlaufkeil:

1. Geschwindigkeit der Schallausbreitung im Vorlaufkeil
2. Einschallwinkel des Vorlaufkeils
3. Schallaustrittspunkt oder Sensorvorderkante als Referenz
4. für Phased-Array: Offset der Höhe des ersten Elements

Bei der Prüfung mit konventionellem Ultraschall müssen für ein gutes Prüfergebnis vor der Prüfung alle obenstehenden Parameter eingestellt werden. Da ein Einzelschwinger-Prüfkopf eine feste Apertur hat, ist die Auswahl des Einschallwinkels, der Nullpunktverschiebung und der Amplitudenjustierung nur für einen Prüfkopf oder eine Prüfkopf/Vorlaufkeilkombination gültig. Bei jedem Wechsel des Prüfkopfs oder des Vorlaufkeils muss neu justiert werden.

Mit Phased-Array-Sensoren muss der Prüfer denselben Prinzipien folgen. Der hauptsächliche Vorteil der Phased-Array-Prüfung ist, dass Apertur, Fokuspunkt und Winkel dynamisch geändert und so mehrere Winkel gleichzeitig eingesetzt werden können. Dadurch muss aber auch die Justierung und die Konfiguration an jeden Zustand des Phased-Array-Sensors (allgemein Sendemodulierung genannt) angepasst werden. So können nicht nur Amplitude und Tiefe in der gesamten programmierten Sendemodulierungssequenz genau gemessen werden, sondern es werden auch die Genauigkeit und die bildliche Anzeige durch die Phased-Array-Darstellung verbessert.

Einer der Hauptunterschiede zwischen konventionellem Ultraschall und Phased-Array liegt in der Prüfung mit einem Winkelschallbündel. Bei konventionellem Ultraschall ist die Folge der Eingabe eines falschen Vorlaufkeilwinkels oder einer falschen Schallgeschwindigkeit im Werkstoff eine fehlerhafte Ortsangabe für den Defekt, die Wellenausbreitung jedoch (und folglich das daraus entstehende A-Bild) wird nicht beeinflusst, da sie lediglich auf mechanischer Brechung beruht. Bei Phased-Array müssen jedoch die richtige Schallgeschwindigkeit im Werkstoff und im Vorlaufkeil, sowie die richtigen Sensor- und Vorlaufkeilparameter eingegeben werden, um mit den richtigen Sendemodulierungen die gewünschten Winkel zu schwenken und deutliche Bilder erzeugen zu können. In fortgeschritteneren Geräten werden wichtige Sensorparameter automatisch übertragen und die benutzerdefinierten Vorlaufkeilparameter mittels gut organisierter Bibliotheken verwaltet.

Folgende Parameter müssen normalerweise zum Programmieren einer Phased-Array-Prüfung eingegeben werden:

Sensorparameter:
Frequenz
Bandbreite
Abmessungen
Anzahl Elemente
Abstand der Element

Vorlaufkeilparameter:
Einschallwinkel des Vorlaufkeils
Schallgeschwindigkeit im Vorlaufkeil (Nennwert)
Abstand Z = Höhe bis Mitte des ersten Elements
Abstand X (Index) = Abstand von Vorderkante Vorlaufkeil zum ersten Element
Abstand Y (Scan) = Abstand von Seite Vorlaufkeil bis Mitte der Elemente

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Konfiguration der Sendemodulierungen>>