Ultraschallsensoren und -verfahren

Gruppe

© Fraunhofer IKTS

Fokussiertes Schallfeld eines Ultraschall-Phased-Array-Prüfkopfs.

Elastische Wellen in einem Stahlbetonkörper nach mechanischem Impakt.

Mechanisch fokussierter Ultraschall-Phased-Array-Prüfkopf für Anwendungen an gekrümmten Bauteilen, Rohren und Löchern.

Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe »Ultraschallsensoren und -verfahren« am Fraunhofer IKTS in Dresden liegt in der methodischen Planung und Optimierung von Ultraschall-basierten Prüfverfahren sowie in der Entwicklung und Fertigung hochsensitiver und zuverlässiger Ultraschallwandler für Spezialanwendungen.

Aufgrund der Komplexität heutiger Materialien und Bauteile kommt der simulationsgestützten Planung und Optimierung von Prüfköpfen und Prüfverfahren eine immer wichtigere Rolle zu. Der gesamte Prüfaufbau kann vorab im Rechner modelliert und auf seine physikalische Plausibilität, Sensitivität und ökonomische Effizienz geprüft werden. Dies verkürzt Entwicklungszeiten, vermeidet Fehlplanungen und ermöglicht die systematische Optimierung der Prüfparameter.

Für hochfrequente transiente Ultraschallanwendungen entwickelt die Arbeitsgruppe seit vielen Jahren eigene leistungsfähige Rechenprogramme. Diese sind in einer Modulbibliothek verfügbar, können schnell und effizient erweitert sowie an neue Prüfprobleme und Aufgabenstellungen angepasst werden.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt in der Entwicklung und Herstellung leistungsfähiger Ultraschallwandler für Spezialanwendungen. Dazu gehören z. B. Hochtemperatursensoren auf Lithiumniobat-Basis, hochfrequente Aluminiumnitrid-Dünnschichtschwinger sowie hochsensitive Wandler auf Basis von piezoelektrischen Einkristallen wie z. B. Blei-Magnesium-Niobat/Blei-Titanat (PMN-PT).

Als Wandlertypen werden Einzelschwinger, Phased-Array-Sensoren, Schallemissionsaufnehmer sowie Sende/Empfangs-Prüfköpfe angeboten, die auch auf spezielle Bauteilgeometrien angepasst werden können. So stehen etwa gekrümmte Wandler für die Hohl- und Vollwellenprüfung sowie rundgedruckte Zylinder-Prüfköpfe für den Einsatz in Wärmetauscherkanälen und Rohren mit kleinem Innendurchmesser zur Verfügung.

 

Leistungsangebot

 

  • Grundlagenuntersuchungen (speziell für neue Prüfansätze)
  • Machbarkeitsstudien
  • Versuchsplanung und -begleitung
  • Ergebnisinterpretation (bei unklaren Messergebnissen)
  • Systemoptimierung
  • Visualisierung und Bildgebung
  • Demonstration und Schulung (u. a. didaktische Einführung in die Ultraschallphysik und -ZfP mittels Wellenfrontbildern und Animationen)
  • Simulationsdienstleistungen
  • Entwicklung anwendungsspezifischer Simulationstools für Kunden, die eigene Simulationen durchführen möchten
  • Ergänzung durch und Kopplung mit kommerzielle(n) Solver(n) (z. B. CIVA, ANSYS, Comsol etc.)
  • Vermessung und Charakterisierung von Ultraschallsensoren
  • Beratung zum Einsatz verschiedener Prüfköpfe
  • Entwicklung und Herstellung von Ultraschallwandlern für Spezialanwendungen
  • Lizensierungsmodelle für Industriekunden
  • F&E-Kooperationsprojekte mit Unternehmen und Forschungseinrichtungen

 

Industrielösungen

 

Forschung aktuell

Ultraschall-Prüfsystem für zugfeste Pressverbinder an Fahrradleitungen

Forschung aktuell

Überwachung von Laser-Engspalt-Schweissungen dickwandiger Komponenten