F-Bild-Technik

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F-Bild-Technik

Einführung

Das F-Bild ist ein spezielles Ultraschallprüf- und Auswerteverfahren zur zweidimensionalen Abbildung der fouriertransformierten Amplituden eines untersuchten Prüfkörpervolumens (siehe: Frequenzanalyse). Es wird, wie beim C-Bild, aus den A-Bildern zusammengesetzt, die mit Hilfe eines Rasters an äquidistanten Messpunkten registriert wurden. Dabei wird der Summe der registrierten Amplituden im Frequenzraum jeweils ein Farb- oder Grauwert zugeordnet. Damit erhält jedes fouriertransformierte A-Bild einen Bildpunkt (Pixel) als Farb- oder Grauwert. Im F-Bild werden diese Bildpunkte zusammengesetzt und die Farbwerte relativ zu der Skalierung der verwendeten Farbpalette abgestuft [1, 2]. Die für das F-Bild erforderlichen Auswerteverfahren können damit analog zum C-Bild durchgeführt werden.

Konstruktion eines F-Bildes

Mittels eines Manipulators (Scanner) wird das zu untersuchende Prüfstück in einem Wasserbad und gemäß der vorher angegebenen Rasterdefinition abgefahren. Zwischen dem Ultraschallwandler, der als Sender und Empfänger fungiert (Impuls-Echo-Verfahren) und der Prüfkörperoberfläche (Durchschallungsverfahren) befindet sich Wasser. An den vorher definierten Rasterpunkten werden die HF-Bilder aufgenommen.

Bild 1:

HF-Bild einer Messung an Polypropylen (Kurzzeichen: PP) in Tauchtechnik

Das Bild 1 zeigt das Ergebnis einer Messung an Polypropylen (Kurzzeichen: PP) mit einer Dicke von 20 mm. Während das Oberflächenecho 100 % der Amplitude erreicht, sind es für das Rückwandecho nur noch 17 %. Das entspricht einem Schallpegelverlust von −15 dB und ist typisch für diesen Kunststoff, der eine spezifische Schalldämpfung von 0,38 dB/mm besitzt.

Bild 2:

Fouriertransformierte des Oberflächensignals aus Bild 1

Aus den an jedem Rasterpunkt ermittelten HF-Bildern wird von einem ausgewählten Echo die entsprechende Fouriertransformierte gebildet (Bild 2). Der Wert der Frequenz im Amplitudenmaximum der Fouriertransformierten wird so für das jeweilige Echo an jedem Rasterpunkt ermittelt. Entsprechend dem Raster wird eine Matrix mit diesen Frequenzen aufgestellt. Den Extrema der gewählten Farbpalette wird das Frequenzmaximum und -minimum zugewiesen, woraus – ähnlich dem C-Bild – eine relative Zuordnung der Farb- auf die Frequenzwerte an den Rasterpunkten (= den Matrixelementen) resultiert.

Praktische Relevanz des F-Bildes

Das F-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 durch die Auswertung einzelner definiert aufeinanderfolgender Zeitintervalle des HF-Bildes, wobei die Frequenzänderungen der Reflexionssignale interessieren.

In Bild 3 ist das F-Bild eines Prüfkörpers aus Polyamid 6 (Kurzzeichen: PA 6) aufgeführt, welches Fehlstellen im detektierten Prüfkörpervolumen zeigt. Bei einer Messung mit einem amplitudenbasierten C-Bild konnten diese Fehler aufgrund der hohen Schalldämpfung dagegen nicht erkannt werden. So lassen sich mit dem F-Bild z. B. Lufteinschlüsse (siehe: Gasblasen und Poren) in stark schallschwächenden Werkstoffen mit dieser frequenzbasierten Auswertemethode besser detektieren, womit die Reichweite der Ultraschallprüfung und deren Auflösung auf schwache, aber frequenzsensible Echosignale erweitert wird.

Bild 3:

F-Bild eines gesinterten Prüfkörpers aus Polyamid 6 (Kurzzeichen: PA 6)

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 industrielle Anwendungen. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1997), (ISBN 3-540-62072-9; siehe AMK-Büchersammlung unter M 45)