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Xarion bringt Ultraschallprüfung voran
19. Mai 2023, 11:29 Uhr | Nicole Wörner
Das optische Mikrofon von Xarion detektiert Ultraschall in der Luft mit einer Frequenzbandbreite, die zehnfach höher ist als die einer Fledermaus. Kombiniert mit einem Ultraschall-erzeugenden Laser lassen sich damit Fehler in Bauteilen aufdecken, die bislang in dieser Form nicht erkennbar waren.
Die Grundlagen für die Ultraschallprüfung wurden bereits in den 1940er-Jahren gelegt. Seitdem hat sich diese zu einem variantenreichen Standardverfahren der zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen entwickelt. Alle Ultraschall-Prüfverfahren folgen dabei dem gleichen Prinzip: Ein Ultraschallsignal wird in das Bauteil eingekoppelt, durchläuft dann das Material, und wird schließlich detektiert. Defekte oder Unregelmäßigkeiten im Material verändern dabei das Ultraschallsignal und können so erkannt werden.
Die gängigste Methode zur Ultraschallprüfung...
...basiert auf dem piezoelektrischen Effekt. Hierbei wird eine elektrische Wechselspannung an ein piezoelektrisches Material angelegt, das dadurch in Schwingung versetzt wird und Ultraschall aussendet. Umgekehrt wird zur Detektion des Prüfsignals das piezoelektrische Material durch auftreffenden Ultraschall in Schwingung versetzt, was zu einer messbaren elektrischen Spannung führt.
Daraus ergibt sich jedoch ein fundamentales Problem:...
...Jeder Schwinger hat eine bevorzugte Eigenfrequenz. Will man eine möglichst hohe Empfindlichkeit des Prüfsystems erzielen, muss der Wandler genau auf seiner Eigenfrequenz betrieben werden, jegliche andere Frequenzinformation geht verloren. Zudem muss für eine gute Signalübertragung der akustische Widerstand zwischen dem Piezo-Schwinger und dem Material angeglichen werden, was durch ein flüssiges Koppelmittel gelingt. Damit erhält man ein schmalbandiges Prüfsystem, das obendrein direkten Kontakt oder zumindest Kontaktmittel (Wasser, Gel) benötigt.
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Die Lösung: keine Schwinger
Das optische Mikrofon von Xarion umgeht beide Probleme durch eine genial einfache Idee: Es besitzt keinen Schwinger. In seinem rein optischen Verfahren verändert der Schall die Wellenlänge eines Laserstrahls, der zwischen zwei kleinen Spiegeln hin und her reflektiert wird. Damit ändert sich auch die Helligkeit des ausgekoppelten Lichtes, was ohne den Umweg über eine mechanische Schwingung gemessen wird. So erreicht das optische Mikrofon ein detektierbares Frequenzintervall, das mindestens zwanzig Mal größer ist als das jedes anderen konventionellen Ultraschallsensors. Außerdem kann auf Kontakt zum Prüfling verzichtet werden, was gewaltige Vorteile in der Automatisierbarkeit mit sich bringt. Mit anderen Worten: Es braucht kein Gel oder Wasser auf die Oberfläche aufgetragen werden, was natürlich ein enormer Vorteil ist, wenn die Prüfung rasch vonstatten gehen muss oder zum Beispiel auf einem Förderband das Produktionsgut schnell vorbeifährt, aber trotzdem auf innere Qualität untersucht werden muss.
Der neue Sensor dringt in Anwendungsbereiche vor, die bisher messtechnisch nicht umsetzbar waren. Insbesondere lässt sich die berührungslose Prüfmethode einfach auf einen Roboter montieren. Der glasfasergekoppelte Sensorkopf des Mikrofons ist dabei sehr kompakt und erreicht damit auch schwer zugängliche Stellen.
Optisches Mikrofon – perfekt für die Automation
Fehler unterhalb der Oberfläche sind für das Auge unsichtbar, können jedoch verheerende Folgen haben. Mikrorisse, Lufteinschlüsse oder fehlerhafte Verbindungen können im schlimmsten Fall zum vollständigen Versagen eines Bauteils führen. Besonders kritisch sind hier Komponenten für die Flug- oder Raumfahrtindustrie, aber auch im Automobilsektor steigen die Anforderungen an die Sicherheit kontinuierlich. Konventionelle Ultraschall-Prüfgeräte müssen von Hand bedient werden und können daher nicht mit der zunehmenden Automatisierung Schritt halten.
»Dass die Prüftechnik von Xarion vollkommen berührungsfrei arbeitet,...
...ist ein großer Vorteil in der Automatisierung«, erklärt Dr. Balthasar Fischer, Gründer von Xarion, stolz. »Sowohl der Anregungslaser als auch das optische Mikrofon sind fasergekoppelt, wodurch der Großteil der eigentlichen Technik separat vom Prüfkopf gehalten werden kann. Der Prüfkopf hat dadurch nur noch die Größe einer Streichholzschachtel. Da unsere Messtechnologie außerdem vollkommen kontaktfrei funktioniert, ist es somit perfekt für die Anwendung am Industrieroboter geeignet.«
Solche Prüfköpfe stehen sowohl für...
...die einseitige Messung als auch für Transmissionsmessungen zur Verfügung und lassen sich in eine Vielzahl von automatisierten Prüfsystemen integrieren. In der Raum- und Luftfahrtindustrie konnte sich Xarion einen Namen mit der Prüfung von Verbundwerkstoff-Strukturen machen. In der Automobilindustrie wird die Technik zur automatisierten Prüfung von Schweißpunkten verwendet und findet hier buchstäblich viel Echo.
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