B-Bild-Technik

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B-Bild-Technik

Allgemeines

Das B-Bild ist ein Ultraschallverfahren zur Darstellung des Querschnittbildes eines Prüfkörpers. Es wird aus den A-Bildern zusammengesetzt, die auf einer Linie an äquidistanten Messpunkten registriert wurden. Dabei werden die einzelnen A-Bild-Ebenen parallel angeordnet und den Amplituden je ein Farb- oder Grauwert zugewiesen. Damit ergibt sich ein zweidimensionales Schnittbild des geprüften Körpers [1].

Konstruktion des B-Bildes

Der Oszillograph bzw. die Messkarte im PC ermittelt zunächst elektrische Spannungswerte, welche direkt das Schwingungsverhalten des (piezoelektrischen) Prüfkopfschwingers wiedergeben. Ein Beispiel für die Form eines solchen Signals ist in dem folgenden Bild 1 dargestellt. Hierbei ist die Spannungsamplitude nicht in Volt angegeben, sondern in Dezibel (dB). Der Grund dafür ist die verbesserte grafische Darstellung der Amplitudenbeträge, da es sich bei den Antwortsignalen bei Messungen an Kunststoffen am Empfangsprüfkopf meist um Spannungswerte in der Größenordnung von µV handelt, diejenigen des Einschallsignals aber bei 100 V bis 400 V liegen. Zudem hilft die logarithmische Darstellung des Signals (Gl. 1) bei dessen Interpretation. Diese Darstellung wird HF-Bild genannt.

$A=20\cdot lg{\frac {U_{2}}{U_{1}}}\ \left[dB\right]$

(1)

Bild 1:

HF-Bild eines Ultraschallsignals an einem GFK-Prüfkörper (15 mm)

Damit aus dem HF-Bild ein B-Bild erzeugt werden kann, müssen die HF-Bilder, die auf einer Scanlinie in gleichen Abständen registriert wurden, in A-Bilder umgewandelt werden. Dazu werden die absoluten Beträge der Amplitudenwerte über der Zeit entsprechend Gl. (2) aufgezeichnet: Daraus ergibt sich das folgende Bild 2.

$\left|A\right|={\sqrt {A^{2}}}$

(2)

Bild 2:

A-Bild der HF-Darstellung aus Bild 1

Im nächsten Schritt werden die A-Bilder im Raum so gedreht, dass die A-Bilder in der x-y-Ebene senkrecht stehen, d. h. die Amplitude steht aufrecht in der z-Richtung.
Die Zeitskala (aus Bild 2) ist dabei nach unten gerichtet. Dann werden die A-Bilder entsprechend ihrer Position auf der Scanlinie folgerichtig aneinandergereiht. Das Ergebnis dieser grafischen Prozedur zeigt das Bild 3. Die x-Achse bezeichnet die Position des Wandlers (Prüfkopf) auf der Scanlinie und damit die einzelnen A-Bilder. Die Farblegende definiert die Amplitudenwerte der einzelnen Farben im B-Bild [2, 3] zur vereinfachten Zuordnung der jeweiligen A-Bilder.

Bild 3:

Aufstellung von identischen A-Bildern aus Bild 2

Praktische Relevanz des B-Bildes

In der Praxis werden B-Bilder erzeugt, um defektoskopische Untersuchungen vorzunehmen. Das B-Bild stellt einen Querschnitt des untersuchten Prüfkörpers dar. Die Güte dieser Signaldarstellung hängt von den Reflektionskoeffizienten an den angeschallten Grenzflächen ab. Auch für stark schallschwächende Materialien, wie Kunststoffe, ist eine B-Bild-Darstellung möglich [4, 5].

Ein Beispiel ist in dem Bild 4 zu sehen. Dort wurde eine glasfaserverstärkte Platte aus Vinylesterharz durch ein Fallbolzenprüfsystem impact-geschädigt.

Die Scanlinie wurde über zwei der Einschläge gelegt. Das Rückwandsignal der Platte ist im Bild 4 links unten bei 22,3 µs zu erkennen. Beide Einschläge (Impacts) an der Oberfläche sind sichtbar (Unterbrechungen der Amplitudenlinien). Weiterhin kann die typische konische Schädigungscharakteristik detektiert werden, welche in Aufschlagnähe eine geringere Ausdehnung als in größerer Entfernung besitzt.

Bild 4:

Querschnittsbild (B-Bild) eines geschädigten glasfaserverstärkten Vinylesterharzes

Andere Arten der B-Bild-Erzeugung

Der Gruppenstrahler erzeugt das B-Bild ohne Bewegung des Prüfkopfes. In ihm sind einzelne Schwinger in Form eines Linien-Arrays äquidistant angeordnet. Durch einen konstanten zeitlichen Versatz wird die oben beschriebene Bewegung des Ultraschall-Prüfkopfes simuliert. Damit kann das B-Bild in gleicher Weise erstellt werden.

Die Sonographie ist ein Verfahren, das schon länger in der Medizin zur Diagnostik verwendet wird. Hierbei handelt es sich auch um Gruppenstrahler, deren Schwinger im Gegensatz zu denen in der Werkstoffprüfung fächerförmig angeordnet sind. Das Erstellen des B-Bildes bzw. Sektor-Bildes funktioniert in analoger Art und Weise.

Literaturhinweise

[1]	Deutsch, V., Platte, M., Vogt, M.: Ultraschallprüfung – Grundlagen und industrielle Anwendungen. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1997), (ISBN 3-540-62072-9; siehe AMK-Büchersammlung unter M 45)
[2]	http://www.ultraschallmuseum.de/download/Tafeln-7-11Korr-Febr2007-Internet.pdf (Zugriff am 12.05.2022)
[3]	Krautkrämer, J., Krautkrämer, H.: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1986) (ISBN 978-3-662-10909-0)
[4]	Schlengermann, U., Schulz, S.: Darstellung und Auswertung von Ultraschall-Prüfergebnissen durch B-Bilder. In: ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung. DGZfP-Jahrestagung 2002, DGZfP (2002)
[5]	Ahrholdt, M.: Ein System zur automatischen Auswertung von Ultraschall-Messdaten. Cuvillier Verlag (2005) (ISBN 978-3-8653-7581-0)