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C-Bild-Technik

Allgemeines

Das C-Bild ist ein Ultraschallprüf- und Auswerteverfahren zur 2-dimensionalen Abbildung der akustischen Eigenschaften eines untersuchten Prüfkörpervolumens. Es wird aus den A-Bildern zusammengesetzt, die mit Hilfe eines Rasters an äquidistanten Messpunkten registriert wurden. Dabei wird der Summe der registrierten Amplituden ein Farb- oder Grauwert zugeordnet. Damit erhält jedes A-Bild einen Bildpunkt als Farb- oder Grauwert. Im C-Bild werden diese Bildpunkte zusammengesetzt und die Farbwerte relativ zu der Skalierung der verwendeten Farbpalette abgestuft [1, 2]. Die für das C-Bild erforderlichen Prüfungen können mittels Luftultraschall, der Squirter-Technik oder auch im Tauchbad durchgeführt werden. Falls ein bewegliches Prüfobjekt vorhanden ist, z. B. ein durchlaufendes Blech, dann kann mit einem fixierten Prüfkopffeld gearbeitet werden, anderenfalls führt der Prüfkopf (siehe: Ultraschall-Prüfköpfe) eine mäanderförmige scannende Bewegung am ruhenden Prüfobjekt aus (Bild 1). Mit der Gruppenstrahlertechnik (phased array technique) ist ebenfalls die Aufnahme von C-Bildern möglich.

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Bild 1: Schematisches Bild des passiven (a) und aktiven (b) Scanvorganges an einer Platte zur Erzeugung des C-Bildes

Konstruktion eines C-Bildes

Mittels eines Manipulators (Scanner) wird das zu untersuchende Prüfstück gemäß der vorher angegebenen Rasterdefinition abgefahren. An den Rasterpunkten werden die HF-Bilder aufgenommen. Damit aus den HF-Bildern ein C-Bild erzeugt werden kann, wird der Betrag der Amplituden verwendet und ein A-Bild generiert (Bild 2).

Die ermittelten Amplitudensummen werden gemäß dem abgefahrenen Raster in einer Matrix angeordnet (Bild 3a). Die Summen erhalten daraufhin eine Farbcodierung, wozu eine Farbpalette verwendet wird. Den Extrema der gewählten Farbpalette werden die Extremwerte (Maximum und Minimum) der Summen zugewiesen, woraus eine relative Zuordnung der Farb- auf die Summenwerte verschiedener Scans resultiert (Bild 3b). Oftmals werden diese Werte noch geglättet, wie es in Bild 3c gezeigt ist, um die Auflösung durch eine Subpixelvariante zu erhöhen (siehe auch: Farbe).

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Bild 2: A-Bild eines Ultraschallsignals an GFK (d = 15 mm)

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Bild 3: Beispiel einer Matrix aus Amplitudensummen der A-Bilder (a), Matrix in Farbcodierung (b) und die geglättete Darstellung der Farbmatrix (c)

Praktische Relevanz des C-Bildes

Das C-Bild besitzt eine große Bedeutung für die Prüfung von oberflächennahen Fehlern eines Bauteiles. Die besondere Eigenschaft gegenüber dem Volumenbild besteht in der schichtweisen Untersuchung eines Prüfstücks. So lassen sich z. B. Impactschäden von Platten schichtselektiv untersuchen, um die Auswirkung von Impacts mit differierenden Energieinhalten zu charakterisieren.

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Bild 4: Beispiel einer Ultraschalluntersuchung an einem durch drei Einschläge geschädigten GFK-Bauteil; (a) Oberfläche und (b) Rückwand

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Bild 5: Beispiel einer Ultraschalluntersuchung an mit verschiedenen Energieinhalten geschädigten Sandwich-Bauteilen [3]

Im Bild 4 sind die C-Bilder von der Oberfläche (a) und der Rückwand (b) dargestellt. Dies wird durch die Auswahl der geeigneten Zeitintervalle des Antwortsignals mittels Blenden ermöglicht. Die Impactpositionen auf der Oberfläche sind deutlich zu erkennen. Das Bild 4b zeigt das typische Impactverhalten eines glasfaserverstärkten Kunststoffes, wo sich die Schädigung konisch aufweitend (Impacttrombe) zur Rückwand ausbreitet und eine geschlossene Schädigungsfläche (Delamination) zu erkennen ist.

Entsprechend der unterschiedlichen Reflexionseigenschaften an impactgeschädigten Oberflächen kann unter Beibehaltung der prüftechnischen Parameter während der Ultraschalluntersuchungen auch die Abhängigkeit der Amplitudenwerte vom Energieinhalt von Einschlägen (Impacts) ermittelt werden (Bild 5) [3].

Andere Arten der C-Bild-Erzeugung

Der Gruppenstrahler erzeugt das C-Bild aufgrund seiner B-Bild-Konstruktion mit einer eindimensionalen Bewegung. Dabei kann der Gruppenstrahler mittels eines Manipulators bewegt werden, wobei eine weitere Möglichkeit in der Bewegung des Prüfkörpers besteht, wie es bei Ultraschallprüfanlagen der Fertigung von Blechen und Bändern der Fall ist [3]. Im Gruppenstrahler sind einzelne Schwinger in Form eines Linien-Arrays äquidistant angeordnet, die durch die Prüfsoftware einzeln oder in Gruppen angesprochen werden können oder unterschiedlich fokussierbar sind. Durch einen konstanten zeitlichen Versatz wird die oben beschriebene Bewegung simuliert.


Literaturhinweise

[1] Matthies, K., Gohlke, D.: Der Ultraschall-Volumenscan als Werkzeug zur Prüfung komplizierter Geometrien und komplexer Gefüge. DGZfP-Jahrestagung 2007
[2] Deutsch, V., Platte, M., Vogt, M.: Ultraschallprüfung – Grundlagen und industriel-le Anwendungen. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1997), (ISBN 3-540-62072-9)
[3] John, M., Schlimper, R., Mudra, Chr.: Deformation and Failure Behavior of Pre-damaged Foam-core Sandwich Structures in a Four-point Bending Configuration. ECCM17 – 17th European Conference on Composite Materials, Munich, Germany, 26-30th June 2016
[4] http://www.karldeutsch.de/PDF/Produktinformationen/PI%20RPTR%20e%2021Mar2012%20web.pdf (Zugriff: 04.06.2016)