Sowohl in Wasser getauchte Scanning Acoustic Tomography-Geräte als auch Wasserfall-Scanning Acoustic Tomography-Geräte verwenden die NDT-Methode (berührungslose Inspektion). Sie nutzen Wasser als Koppelmedium, um Ultraschallwellen in das zu prüfende Werkstück zu übertragen. Sie unterscheiden sich jedoch erheblich hinsichtlich des Gerätekernprinzips, des strukturellen Designs, der Anwendungen sowie ihrer Vor- und Nachteile.
Nachfolgend finden Sie einen systematischen Vergleich der beiden Scanning Acoustic Tomography-Geräte:
Grundprinzip
Kopplungsmethode |
Ultraschallscannen im Wasser |
Ultraschall-Scanning von Wasserfällen |
Gesamttauchkupplung. Werkstück und Messtaster (oder einer davon) sind vollständig in den Wassertank eingetaucht. |
Lokale Kopplung. Durch die Düse bildet sich eine stabile Wassersäule, die als Kopplungsbrücke zwischen Sonde und Werkstück dient. |
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Schallstrahlengang |
Die Schallwelle breitet sich im Wasser über eine weite Strecke aus, bevor sie in das Werkstück eindringt. Der Schallstrahl diffundiert im Wasser. |
Die Schallwelle dringt über eine sehr kurze oder feste Wassersäule in das Werkstück ein. Die Ausbreitung des Schallstrahls ist gut kontrolliert. |
Scanning-Bewegung |
Normalerweise ist das Werkstück fixiert und der Messtaster bewegt sich präzise entlang der X-, Y- und Z-Achse. |
Typischerweise wird ein Portal oder Roboterarm verwendet, um den Sprühkopf (mit integrierter Sonde) anzutreiben und über dem Werkstück zu scannen, das fest oder beweglich sein kann. |
Struktur und Zusammensetzung
Hauptteile |
Ultraschallscannen im Wasser |
Ultraschall-Scanning von Wasserfällen |
Große Spüle (erfordert ein System zur Aufbereitung von entionisiertem Wasser) Hochpräziser 3D-Scanrahmen Tauchsonde und Halterung Werkstückaufnahme Wasserzirkulation, Filterung und Thermostatsystem |
Sprühkopf (integriert mit Ultraschallsonde und Düse) Gantry- oder Roboterarm-Scanmechanismus Unabhängiges Wasserzirkulationsversorgungssystem (Wassertank, Wasserpumpe, Filter) Wasserrecyclinggerät (optional) Werkstückauflageplattform |
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Systemkomplexität |
Relativ hoch. Es erfordert die Wartung großer Wassertanks und der Wasserqualität und das System ist sperrig. |
Relativ niedrig. Der Aufbau ist kompakter, sodass kein großes Tauchbecken erforderlich ist. |
Flexibilität |
Relativ niedrig. Die Größe des Werkstücks ist durch die Größe des Wassertanks begrenzt, was den Austausch der Werkstückgröße erschwert. |
Relativ hoch. Theoretisch kann jedes große Werkstück gescannt werden, solange der Scanmechanismus den Bereich abdeckt. |
Leistung und Anwendung
Erkennungsgenauigkeit und Auflösung |
Ultraschallscannen im Wasser |
Ultraschall-Scanning von Wasserfällen |
Extrem hoch. Mit einer stabilen Wasserumgebung, präziser Schallwegsteuerung und einfach zu erreichender Fokussierung (akustische Linse oder digitale Fokussierung) können eine sehr hohe Auflösung und ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden. |
Hoch. Auch wenn die Wassersäule leichte Schwankungen hervorrufen kann, kann durch gutes Design dennoch eine hohe Genauigkeit erreicht werden, weshalb sie häufig bei der Hochleistungserkennung eingesetzt wird. |
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Scangeschwindigkeit |
Relativ langsam. Sie wird durch die Geschwindigkeit und Beschleunigung der mechanischen Abtastung begrenzt und der Widerstand von Wasser muss berücksichtigt werden. |
Normalerweise schneller. Die mechanische Struktur ist leichter und ermöglicht eine höhere Beschleunigung, wodurch sie sich für das schnelle Scannen großer Bereiche eignet. |
Anwendbares Werkstück |
Kleine und mittelgroße, komplex geformte, hochwertige Werkstücke. |
Mittelgroße und große, plattenförmige oder einfach gebogene Werkstücke. |
Oberflächenanpassungsfähigkeit |
Die Anforderungen an die Ebenheit der Werkstückoberfläche sind hoch und komplexe Oberflächen erfordern eine 3D-Pfadplanung und eine konstante Wasserabstandskontrolle. |
Es verfügt über eine gute Anpassungsfähigkeit an sanft gekrümmte Oberflächen und kann durch ein Servosystem die Stabilität der gekoppelten Wassersäule aufrechterhalten. Bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen mit erheblichen Höhenunterschieden stellt es jedoch größere Herausforderungen dar. |
Wasser Temperatur Auswirkungen |
Empfindlich. Änderungen der Wassertemperatur wirken sich auf die Schallgeschwindigkeit und die Sondenleistung aus. Ein System mit konstanter Temperatur ist erforderlich. |
Weniger empfindlich. Bei einer kleinen Wassersäule und einem schnellen Wärmeaustausch sind die Auswirkungen relativ gering. |
Zusammenfassung der Vor- und Nachteile
In Wasser getauchter Typ |
Vorteil |
Nachteil |
Die Kopplung ist äußerst stabil und bietet eine hervorragende Signalkonsistenz und Wiederholbarkeit. |
Die Ausrüstung nimmt eine große Fläche ein und verursacht hohe Infrastrukturkosten. |
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Mit höchster Auflösung eignet es sich besonders zur Mikrodefekterkennung |
Die Größe des Werkstücks wird durch die Spüle begrenzt. |
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Einfache Strahlfokussierung und komplexe Winkelerkennung (z. B. Phased-Array-S-Scan) |
Die Wartung ist komplex (Wasserqualitätsaufbereitung, Rostschutz, Reinigung) |
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Die Sonde hat eine lange Lebensdauer und arbeitet in einer milden Arbeitsumgebung |
Das Be- und Entladen von Materialien ist umständlich und die Vorbereitungszeit für die Prüfung ist lang. |
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Geeignet für die automatische C-Scan-Bildgebung mit hoher Bildqualität |
Es ist nicht für Werkstücke geeignet, die wasserempfindlich sind oder eine aufwändige Nachbearbeitung erfordern. |
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Wasserfalltyp |
Es zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus und ist in der Lage, übergroße Werkstücke zu erkennen |
Die Kopplungsstabilität ist etwas schlecht und die Wassersäule kann durch Vibrationen, Wasserströmung und Oberflächenbedingungen beeinflusst werden. Schwierigkeiten beim Erkennen vertikaler oder geneigter Flächen. Es kann zu Wasserspritzern kommen, die Schutz- und Sanierungsmaßnahmen erfordern |
Die Sonde ist in die Düse integriert, was die Wartung und den Austausch erschwert. Bei extrem hohen Präzisionsanforderungen ist die Auflösung geringer als bei der in Wasser getauchten Ausführung. |
Auswahlvorschläge
Folgende Kernüberlegungen sollten berücksichtigt werden:
• Wählen Sie den in Wasser getauchten Typ in folgenden Fällen:
Die Hauptaufgabe besteht darin, die Anforderungen an Erkennungsgenauigkeit, Auflösung und Bildqualität zu erfüllen (z. B. Forschung und Entwicklung sowie vollständige Inspektion hochwertiger Komponenten).
Das Werkstück ist mittelgroß und beweglich.
Die Prüfaufgaben zeichnen sich meist durch Sortenvielfalt, kleine Losgrößen und hohe Komplexität aus.
Es stehen ausreichend Laborflächen und Budget für die Gerätewartung zur Verfügung.
• Wählen Sie den Wasserfalltyp in folgenden Fällen:
Das Werkstück ist zu groß oder zu schwer zum Eintauchen oder schwer zu bewegen.
Ein hoher Erkennungsdurchsatz und eine hohe Scangeschwindigkeit sind erforderlich.
Die Hauptprüfobjekte sind flache Platten, Platten mit großer Krümmung oder lange Profile.
Der verfügbare Platz ist begrenzt.
Die beiden oben genannten Arten von Geräten für die akustische Rastertomographie sind nicht vollständig austauschbar. Bei modernen High-End-Systemen gibt es auch Hybridbauweisen wie „Teilwassertauchbecken“ oder „Wasserfallkupplung“, mit dem Ziel, die Vorteile beider zu vereinen. Unabhängig davon, ob es sich um Eintauch- oder Wasserfallgeräte handelt, konzentrieren sich die Geräte zunehmend auf kombinierte fortschrittliche Bildgebungstechnologien wie Phased-Array-Ultraschall (PAUT) und Total Focus Method (TFM), um die Erkennungsfähigkeit und -effizienz zu verbessern.
