Luftgekoppelte Schallgeschwindigkeitsmessung in Transmission

Die luftgekoppelte Ultraschallprüfung ist eine zerstörungsfreie und berührungslose Möglichkeit, moderne Verbundmaterialien und Fügeverbindungen zu prüfen. Bisher wird meist in Transmissionsanordnung gearbeitet. Dabei ist die Probe zwischen Ultraschallsender und Empfänger angebracht, die beide aufeinander ausgerichtet sind und die Probe lateral abscannen. Dabei werden für jeden Scanpunkt die durchschallte Ultraschallsignale erfasst. Meistens wird die Amplitude des transmittierten Signals ausgewertet. Die direkte Bestimmung der Laufzeit ist hingegen nicht praktikabel, weil die Pulse zeitlich ausgedehnt sind und durch die Schallschwächung der Signalbeginn nicht verlässlich feststellbar ist. Im Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt, welches mit Hilfe eines heuristischen Ansatzes durch Referenzmessungen an Luft die Laufzeiten phasenrichtig bestimmen kann. Bei bekannter Probendicke wird damit die Schallgeschwindigkeit der Probe bestimmbar. Da die Geschwindigkeit von der Elastizität und der Dichte der Materialien abhängig ist, erschließt das Verfahren quantitative Qualitätsaussagen zum Beispiel über die Porosität von Keramiken. Die für jeden Scanpunkt durchgeführte Laufzeitmessung kann genutzt werden, um für die Darstellung ein Mapping der ermittelten Schallgeschwindigkeiten heranzuziehen. Inhomogenitäten der Probe bezüglich der mechanischen Eigenschaften werden so lokalisierbar und können durch die Höhe der Geschwindigkeit quantifiziert werden. Im Vergleich mit den herkömmlichen C-Bildern zeigt sich, dass die Methodik in der Lage ist, Interferenz-Artefakte der Anzeige zu vermeiden. Trotz der durch die Methode nicht eindeutig bestimmbare Laufzeit, wird durch den Algorithmus innerhalb einer für den Prüfzweck akzeptablen Toleranz die Probenschallgeschwindigkeit robust bestimmt. Die entstehenden Messunsicherheiten werden diskutiert. Da die Laufzeit durch die Luftstrecke dominiert wird, ist die Berücksichtigung der Lufttemperatur entscheidend für die Genauigkeit. Prüfbeispiele technischer Keramiken illustrieren das Potential der Methode.