Zerstörungsfreie Fehlersuche

Meinolf Droege,

Luftultraschall für die Qualitätssicherung

Besonders hohe Präzision und Verlässlichkeit in der zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffen und Verbundmaterialien soll ein neues System der kontaktlosen Ultraschallprüfung bieten. Fehlstellen und Inhomogenitäten verschiedener Art sollen sicher detektiert werden.

Handgefertigt: Sende- und Empfangsmodule der Prüfköpfe für die Luftultraschall-Technik ermöglichen sehr hoch aufgelöste Prüfungen an einer Vielzahl von Werkstoffen, auch faserverstärkten. © Sonotec

Die Lösung besteht aus Scanner, Prüfköpfen, Industrierechner und Software und wird unter dem Namen Sonoair vertrieben und zielt vor allem auf Anwender in Prüflabors der Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen, aber auch für industrielle Anwendungen. Entwickelt wurde es in Kooperation mit dem Forschungszentrum Ultraschall (FZ-U) in Halle / Saale.

Das kompakte System eigne sich für die Detektion von Grenzflächenfehlern, den Nachweis von Inhomogenitäten, Fehlstellen, Lücken, Rissen und Einschlüssen sowie anderen Mängeln von Formteilen und Halbzeugen aus Kunststoff, bei denen eine Prüfung mit Koppelmittel zerstörungsfrei unmöglich oder zu aufwändig wäre. Auch karbon- und glasfaserverstärkte Materialien, andere Mehrschichtverbunde, geschäumte Kunststoff- oder Sandwichbauteile oder Klebeverbindungen beispielsweise in den Bereichen Leichtbau, Automotive, Luft- und Raumfahrt lassen sich auf Delaminationen, Lufteinschlüsse, Kissing Bonds und Impactschäden prüfen. Auch bei Gummi, Keramiken, Beton, Holz sowie Wabenstrukturen sei die Ultraschallprüfung nun möglich.

Bedarfsabhängig: Variable Prüfgeschwindigkeiten dank bis zu vier Sende- und Empfänger-Kanälen mit frei konfigurierbarem Rechteck-Burst-Sender und rauscharmen Empfangsverstärkern. © Sonotec

Die besondere Empfindlichkeit des Systems resultiere aus der hohen Sendeleistung der Prüfsignale bei Spannungen bis 800 Volt in Kombination mit einer zuvor massiven Verstärkung der mit geringem Eigenrauschen empfangenen Signale (unter 1 nV/√Hz). Das Rauschen, das über die Prüfbarkeit einer Probe entscheidet, liege damit im Bereich des thermischen Rauschens. Selbst bei starker Dämpfwirkung würden nun auch bei Kunststoffen eindeutige, reproduzierbare Messergebnisse gesichert, ohne das Prüfmaterial zu verändern. So habe man jetzt Zugang selbst zu Proben, die vorher als mit Ultraschall nicht prüfbar galten. Neben der Stärke der Signale könnten auch charakteristische Abweichungen der Signalform erfasst werden, die Rückschlüsse auf die Spezifik von Fehlern zulassen. Die Tests verursachten, so der Anbieter, gegenüber herkömmlichen Methoden zudem weniger Aufwand.

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Zusätzlichen Anwendernutzen erschließe dessen enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum FZ-U. Auf dessen Erfahrung in der wissenschaftlichen Bearbeitung anspruchsvoller Prüfaufgaben könne jederzeit zugegriffen werden. So könne man die grundsätzliche Prüfbarkeit einer Probe schnell bewerten, gegebenenfalls die Technik an spezielle Prüfprobleme anpassen. Umfangreichere Fragestellungen ließen sich bei Bedarf in gemeinsame Forschungsprojekte überführen.

Prüfköpfe mit Piezokomposit-Technologie

Scanner mit Prüfobjekt und CFC-Prüfköpfen. © Sonotec

Für die unterschiedlichsten analytischen Vorhaben nutzt Sonoair neue, besonders empfindliche CFC-Prüfköpfe, die eine präzise Auflösung ab einer Fehlergröße von einem Millimeter ermöglichen. Ihre stabile Reproduzierbarkeit bei identischen akustischen Eigenschaften verdanken sie der Eigenfertigung mit Piezokomposit-Technologie.

Mit bis zu vier Prüfkopfpaaren ist das System für die Untersuchung von Materialien und Bauteilen sowie für die Eigenentwicklung neuer Verfahren ausgelegt. Seine Mehrkanalfähigkeit gestattet hohe Messgeschwindigkeiten. Die gleichzeitige Verwendung von Prüfkopfpaaren mit unterschiedlichen Frequenzbereichen ermöglicht zudem die Untersuchung von Elementen mit unterschiedlichen Wanddicken.

Die Software Sonoware Basic wurde für schnelle Untersuchungen im Labor und in Industrieanlagen entwickelt. Erhobenen Daten werden hier in der Regel als zweidimensionale Abbildungen (C-Bilder) ausgegeben. Optimieren lassen sich die Ergebnisse mit den Filtern und Prozessoren einer zugehörigen Toolbox. Zur Entwicklung eigener Analyse- und Auswertemethoden ist dagegen die Programmversion Sonoware Advanced gedacht. Sie gewährt auch vollen Zugriff auf die Rohdaten.

Zeitnah soll das Angebot um eine Variante für Anlagenbauer und Industriekunden erweitert werden, die das neue System in eigene Produkte integrieren wollen.

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