DE102014106005A1

DE102014106005A1 - Method for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound and device for this purpose

Info

Publication number: DE102014106005A1
Application number: DE102014106005.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Falter; Frank Kahmann
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2015166003A1; EP3137890A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall, in dessen Rahmen eine Serie von i A-Scans SN, ...; SN + i des Volumens des Werkstücks aufgenommen und zwischengespeichert wird. Nachfolgend wird ein Zeitfenster gesetzt, in dem zumindest in einem Scan Sj, j aus [N, N + i], Ultraschallsignale auftreten, die mit einem Fehler korreliert sein könnten. Indem Ausschnitte der A-Scans SN, ...; SN + i gebildet werden, die in das gesetzte Zeitfenster fallen, und diese in einer durch einen Algorithmus vorgegebenen Abfolge wie der zeitlichen oder räumlichen Abfolge ihrer jeweiligen Aufnahme zueinander angeordnet werden, wird ein Abbild des Werkstücks erzeugt, auf welches ein Analysealgorithmus aus der Bildverarbeitung angewendet wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und umfasst die hierzu erforderlichen Mittel.The invention relates to a method for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound, in the context of which a series of i A-scans SN, ...; SN + i of the volume of the workpiece is recorded and buffered. Subsequently, a time window is set in which, in at least one scan Sj, j from [N, N + i], ultrasound signals occur that could be correlated with an error. By sections of the A-scans SN, ...; SN + i, which fall within the set time window, and these are arranged in a predetermined sequence by an algorithm such as the temporal or spatial sequence of their respective recording to each other, an image of the workpiece is generated, to which applied an analysis algorithm from the image processing becomes. A device according to the invention is set up for carrying out the method according to the invention and comprises the means required for this purpose.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall sowie eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auffindung von Fehlern höherer Ordnung, d.h. schwach reflektierende oder komplexe Fehler in einem Werkstück mittels Ultraschall sowie eine hierzu geeignete Vorrichtung.The present invention is a method for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound and a device which is suitable for carrying out such a method. In particular, the invention relates to a method for finding higher order errors, i. weakly reflecting or complex defects in a workpiece by means of ultrasound and a device suitable for this purpose.

Aus der Materialprüfung sind vielfältige zerstörungsfreie Verfahren zur Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall bekannt, die es beispielsweise erlauben, im Material eines Werkstücks verborgene Fehler aufzufinden. Bestimmte Ultraschallprüfverfahren wie beispielsweise die AVG-Methode oder die Vergleichskörpermethode erlauben durch einen Vergleich mit genormten Referenzreflektoren eine Klassifikation aufgefundener Fehler nach ihrer Größe. Diese Prüfverfahren basieren in der Regel auf der Einkopplung von kurzen Ultraschallpulsen in das Werkstück, die an Fehlern wie Lunkern, Rissen und Ungänzen reflektiert werden. Anhand der von solchen Fehlern erzeugten Echosignalen kann dann auf die Lage, die Größe sowie die Orientierung des Fehlers geschlossen werden. Hierzu wird nach dem Einschallen eines Ultraschallpulses die resultierende Echoamplitude zeitaufgelöst aufgenommen. Trägt man die aufgenommene Echoamplitude als Funktion der Zeit auf, erhält man einen sogenannten A-Scan. Auch wenn der Fachmann unter einem A-Scan ein graphische Darstellung eines zeitaufgelöst aufgenommenen Echosignals versteht, so werden die Begriffe A-Scan und zeitaufgelöst aufgenommenes Echosignal im Kontext der vorliegenden Anmeldung werden synonym verwendet.Numerous non-destructive methods for testing a workpiece by means of ultrasound are known from material testing, which allow, for example, finding errors hidden in the material of a workpiece. Certain ultrasonic testing methods, such as the AVG method or the comparison body method, allow a classification of detected errors according to their size by comparison with standard reference reflectors. These test methods are usually based on the coupling of short ultrasonic pulses into the workpiece, which are reflected by defects such as voids, cracks and discontinuities. On the basis of the echo signals generated by such errors can then be concluded on the location, the size and the orientation of the error. For this purpose, after the sonication of an ultrasonic pulse, the resulting echo amplitude is recorded time-resolved. If you record the recorded echo amplitude as a function of time, you get a so-called A-scan. Even if the person skilled in the art understands a graphic representation of a time-resolved recorded echo signal under an A-scan, the terms A-scan and time-resolved recorded echo signal will be used interchangeably in the context of the present application.

Konventionelle Verfahren zur Fehlerdetektion beruhen in der Regel darauf, dass das aufgenommene Ultraschallsignal auf Echoanzeigen untersucht wird. Hierzu wird das Echosignal auf Ultraschallamplituden hin untersucht, die eine voreingestellte Schwelle überschreiten, welche ausreichend hoch über dem Rauschen liegen muss, um keine fehlerhaften Echoanzeigen zu produzieren. Diese Verfahren stoßen daher an ihre Grenzen, wenn es darum geht, Fehler im Material des Werkstücks aufzufinden, die nur eine geringe Ultraschallreflektivität aufweisen, beispielsweise aufgrund ihrer geringen Größe, oder weil Störungen im Materialgefüge nur schwache Änderungen in der Teilgeschwindigkeit verursachen. Komplexe Fehler, d.h. Fehler, die sich durch eine charakteristische geometrische Struktur beispielsweise bedingt durch einen Herstellungsprozess auszeichnen oder durch charakteristische, an sie angrenzende Strukturen, können mittels dieser Technik praktisch nicht nachgewiesen werden.Conventional error detection techniques are usually based on examining the recorded ultrasound signal for echo indications. For this purpose, the echo signal is examined for ultrasonic amplitudes which exceed a preset threshold, which must be sufficiently high above the noise, in order not to produce faulty echo displays. These methods therefore reach their limits when it comes to finding defects in the material of the workpiece, which have only a low ultrasonic reflectivity, for example due to their small size, or because disturbances in the material structure cause only slight changes in the part speed. Complex errors, i. Errors that are characterized by a characteristic geometric structure, for example, due to a manufacturing process or by characteristic, adjacent to them structures, can not be practically detected by this technique.

Vorteilhaft an den aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallprüfverfahren, die auf der Aufnahme und Analyse von A-Scans zur Fehlererkennung basieren, dass diese sehr schnell durchgeführt werden können und daher insbesondere zur Inlineprüfung in einer laufenden Produktion, beispielsweise bei der Herstellung von Rohren oder Stangenmaterial angewendet werden können.Advantageous to the ultrasonic testing methods known from the prior art, which are based on the recording and analysis of A-scans for error detection, that they can be carried out very quickly and therefore in particular for in-line testing in an ongoing production, for example in the production of pipes or rod material can be applied.

Andere zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden wie beispielsweise die Röntgen-Computer-Tomografie erlauben es, dreidimensionale Abbilder des Volumens eines untersuchten Werkstücks zu erzeugen. Auf diese dreidimensionalen Bilddaten bzw. auf hiervon angefertigte zweidimensionale Schnitte können vielfältige Algorithmen, die aus dem Bereich der Bildverarbeitung bekannt sind, angewendet werden, um auch solche Fehler mit erhöhter Sicherheit zu identifizieren, die sich durch eine schwache Signatur im erzeugten Volumenabbild auszeichnen. Hierzu kann bei komplexen Fehlern beispielsweise eine Analyse auf Fehleranzeichen mit charakteristischer Geometrie durchgeführt werden. Zum Nachweis schwach reflektierender Fehler kann eine sogenannte Nachbarschaftsanalyse durchgeführt werden, wobei ein Pixel oder Voxel, dessen Grauwert eine Fehleranzeige darstellen könnte, auf ähnliche Grauwerte in seiner Umgebung analysiert wird.Other non-destructive inspection methods, such as x-ray computer tomography, allow three-dimensional images of the volume of a workpiece to be inspected. Numerous algorithms known from the field of image processing can be applied to these three-dimensional image data or to two-dimensional slices made thereof, in order to also identify those errors with increased certainty, which are distinguished by a weak signature in the generated volume image. In the case of complex errors, for example, an analysis for error signs with characteristic geometry can be carried out for this purpose. To detect weakly reflecting errors, a so-called neighborhood analysis can be carried out, in which case a pixel or voxel whose gray value could represent an error display is analyzed for similar gray values in its surroundings.

Diese Verfahren erlauben eine sehr zuverlässige Erkennung auch von schwach reflektierenden oder komplexen Fehlern, sie sind aber mit dem Nachteil behaftet, dass ein enormer apparativer Aufwand zur Erzeugung der Bilddaten erforderlich ist, welcher in der Regel eine Anwendung derartiger Verfahren in der Inlineprüfung während der laufenden Produktion unmöglich macht. Dieses Problem wird noch verschärft durch den zusätzlichen Rechenaufwand, der aufgewendet werden muss, um einen der vorstehend erwähnten Analysealgorithmen zur Fehlererkennung auf die gewonnenen Bilddaten anzuwenden.These methods allow a very reliable detection of even weakly reflective or complex errors, but they have the disadvantage that an enormous amount of equipment is required to generate the image data, which is usually an application of such methods in the in-line inspection during ongoing production impossible. This problem is aggravated by the additional computational effort that must be expended to apply one of the aforementioned error detection analysis algorithms to the acquired image data.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik vorbekannten zerstörungsfreien Prüfverfahren, die auf der Aufnahme von A-Scans basieren, dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Nachweiswahrscheinlichkeit auch für schwach reflektierende Fehler bzw. komplexe Fehler deutlich verbessert werden kann. Weiterhin ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.The object of the present invention is therefore to further develop the prior art non-destructive testing methods based on the recording of A-scans in such a way that the detection probability can be significantly improved, even for weakly reflecting errors or complex errors. A further object of the present invention is to specify a device suitable for carrying out such a method.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Die sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Die Merkmale dieser vorteilhaften Weiterbildungen können im Rahmen des technisch Möglichen frei miteinander kombiniert werden, insbesondere auch über die Grenzen der Anspruchskategorien hinweg.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 7. The adjoining to the independent claims dependent claims represent advantageous developments of the method and the device according to the invention. The Features of these advantageous developments can be freely combined with one another within the framework of the technically possible, in particular also beyond the limits of the categories of claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall vorgesehen. Im Rahmen des Verfahrens wird auf geeignete Weise eine Serie von i A-Scans S_N, ...; S_N+i des Volumens des Werkstücks aufgenommen und zwischengespeichert.An inventive method is provided for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound. As part of the process, a series of i A scans S _N , ...; S _{N + i of} the volume of the workpiece recorded and cached.

Nachfolgend wird zumindest ein Scan S_j mit j aus [N, N + i] dahingehend analysiert, ob sich in diesem Scan Fehleranzeichen finden, d.h. Echosignale identifiziert werden können, die mit einem Fehler korreliert sein könnten. Dies könnte z.B. der Fall sein, wenn die aufgenommenen Echosignale eine voreingestellte Amplitudenschwelle ein- oder mehrmalig oder für einen Mindestzeitraum überoder unterschreiten. Werden solche Fehleranzeichen aufgefunden, wird im A-Scan Sj ein Verdachtsbereich ROI (=„region of interest“) ausgewählt, der diese Fehleranzeichen umfasst. Dieser Verdachtsbereich ROI ist mit einem bestimmten Zeitfenster T korreliert, welches gesetzt wird.Subsequently, at least one scan S _j with j from [N, N + i] is analyzed as to whether errors can be found in this scan, ie echo signals which could be correlated with an error can be identified. This could be the case, for example, if the recorded echo signals exceed or fall short of a preset amplitude threshold once or several times or for a minimum period. If such errors are found, a suspicious area ROI (= "region of interest") is selected in the A-scan Sj, which includes these error signs. This suspicion area ROI is correlated with a certain time window T, which is set.

Ist ein solches Zeitfenster T gesetzt, so wird ein Abbild des Werkstücks erzeugt, indem Ausschnitte der A-Scans S_N, ...; S_N+i gebildet werden, die in das gesetzte Zeitfenster T fallen, und diese in der zeitlichen Abfolge ihrer jeweiligen Aufnahme nebeneinander angeordnet. Alternativ können die Ausschnitte der A-Scans S_N, ...; S_N+i auch in einer Abfolge angeordnet werde, die sich an der Geometrie des Werkstücks orientiert. Insbesondere können angrenzend aneinander angeordnete Ausschnitte S_N, ...; S_N+i mit geometrisch aneinander angrenzenden oder auch partiell überlappenden Raumbereichen des Werkstücks korrespondieren. Grundsätzlich sind auch beliebige andere Algorithmen zur Anordnung der Ausschnitte S_N, ...; S_N+i denkbar und möglich. Die Zahl i der Scans, die zu einem Abbild zusammengesetzt werden, kann z.B. dadurch limitiert werden, dass keine weiteren Scans zum Abbild hinzugefügt werden, wenn in einem Scan Sk mit k > i keine Fehleranzeichen mehr aufgefunden werden. Alternativ kann die Erzeugung des Abbilds abgebrochen werden, wenn eine Mindestzahl von Scans Sk bis Sk + n mit n > 0 keine Fehleranzeichen mehr enthalten.If such a time window T is set, then an image of the workpiece is generated by sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i are} formed, which fall within the set time window T, and these arranged side by side in the temporal sequence of their respective recording. Alternatively, the sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i} also be arranged in a sequence that is based on the geometry of the workpiece. In particular, cut-outs S _N , ...; S _{N + i} correspond with geometrically adjoining or partially overlapping spatial regions of the workpiece. In principle, any other algorithms for arranging the sections S _N , ...; S _{N + i} conceivable and possible. The number i of the scans, which are assembled into an image, can be limited, for example, by the fact that no further scans are added to the image if no more errors are found in a scan Sk with k> i. Alternatively, the generation of the image can be aborted if a minimum number of scans Sk to Sk + n with n> 0 no longer contain any error signs.

Wird nach komplexen Fehlern gesucht deren wahrscheinliche Geometrie bekannt ist, so kann es vorteilhaft sein, das gesetzte Zeitfenster T beim Übergang von einem Scan Sm zum nächsten Scan Sm + 1 gemäß einem vorbestimmten Algorithmus zu variieren, der insbesondere von der Geometrie des zu detektierenden komplexen Fehlers abhängen kann.When searching for complex errors whose probable geometry is known, it may be advantageous to vary the set time window T in the transition from a scan Sm to the next scan Sm + 1 according to a predetermined algorithm, in particular the geometry of the complex error to be detected can depend.

Das so erzeugte Abbild enthält nunmehr nur noch Echoinformationen aus solchen Volumenbereichen des Werkstücks, bei denen das Vorhandensein eines Fehlers als möglich anzusehen ist. Andere Volumenbereiche, in denen keine Fehleranzeichen aufgefunden wurden, sind in dem erzeugten Abbild nicht mehr enthalten.The image thus created now contains only echo information from such volume areas of the workpiece, in which the presence of a defect is to be considered possible. Other volume areas in which no error signs were found are no longer included in the generated image.

Das so gewonnene Abbild wird dann mittels geeigneter Analysealgorithmen, die aus dem Bereich der Bildverarbeitung bekannt sind, hier insbesondere aus dem Bereich der Verarbeitung von digitalen Röntgen-Computertomographiebildern, auf Fehler höherer Ordnung hin analysiert. Beispielhaft sei hier die sogenannte Nachbarschaftsanalyse erwähnt, in deren Rahmen benachbarte Pixel auf ähnliche Grauwerte untersucht werden. Komplexe Fehler können hingegen erkannt werden, indem im erzeugten Abbild nach charakteristischen „Fingerprints“ gesucht wird, die sich z.B. als charakteristische geometrische Verteilung von Helligkeitswerten äußern kann.The image thus obtained is then analyzed for higher-order errors by means of suitable analysis algorithms known from the field of image processing, in particular from the field of processing of digital X-ray computed tomography images. By way of example, mention may be made here of the so-called neighborhood analysis, in the context of which adjacent pixels are examined for similar gray values. Complex errors, on the other hand, can be detected by looking for characteristic "fingerprints" in the generated image, which are e.g. as a characteristic geometric distribution of brightness values can express.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich sämtliche aus dem Bereich der digitalen Bildverarbeitung insbesondere von Tomographiebildern bekannte Fehleranalysealgorithmen angewendet werden können.It is expressly pointed out that in principle all known from the field of digital image processing, in particular tomographic images error analysis algorithms can be applied in the context of the present invention.

Das Ergebnis der angewendeten Fehleranalysealgorithmen wird bevorzugt für Protokollzwecke sowie eine Weiterverarbeitung auf geeignete Weise gespeichert, z.B. in einer Fehlerdatenbank. Insbesondere können die aufgefundenen Fehleranzeigen auf geeignete Weise visualisiert werden, z.B. indem sie in einem dreidimensionalen Abbild des Werkstücks an der jeweils zugehörigen Fehlerposition verzeichnet werden. Die Art bzw. Größe der Fehleranzeige kann ebenfalls graphisch dargestellt werden, z.B. durch eine Farbcodierung. Weiterhin ist es möglich, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgefundenen Fehleranzeigen mit auf konventionelle Weise aufgefundenen Fehleranzeigen zu kombinieren, insbesondere in einer graphischen Darstellung des Werkstücks, in der die Fehleranzeigen verzeichnet sind.The result of the applied error analysis algorithms is preferably stored for logging purposes as well as further processing, e.g. in a bug database. In particular, the fault indications found may be visualized in a suitable manner, e.g. by being recorded in a three-dimensional image of the workpiece at the respectively associated error position. The type or size of the error indication may also be graphed, e.g. through a color coding. Furthermore, it is possible to combine the fault indications found by means of the method according to the invention with fault indications found in a conventional manner, in particular in a graphical representation of the workpiece in which the fault indications are recorded.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in die Steuerung eines Produktionsprozesses integriert werden. So können auf Basis der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgefundenen Fehleranzeigen bestimmte Abläufe im bevorzugt weitgehend automatisierten Produktionsprozess getriggert werden wie z.B. eine Sortierung des geprüften Werkstücks auf verschiedene Mulden wie eine Ausschussmulde oder eine Reparaturmulde oder ein Aussondern des Werkstücks zum Probennehmen. Grundlage hierfür kann eine Referenzfehlerdatenbank sein, in der Fehleranzeigen von Referenzfehlern katalogisiert sind. Die aufgefundenen Fehleranzeigen werden dann mit den Fehleranzeigen von Referenzfehlern verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird nachfolgend zum Triggern verwendet.The method according to the invention can advantageously be integrated into the control of a production process. Thus, on the basis of the fault displays found by means of the method according to the invention, certain processes in the preferably largely automated production process can be triggered, for example sorting of the tested workpiece onto different wells such as a reject or a repair well or rejecting of the workpiece for sampling. The basis for this can be a reference error database in which error messages of reference errors are cataloged. The found Error indications are then compared with the error indications of reference errors. The result of the comparison is subsequently used for triggering.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin begründet, dass es durch gezielte Auswahl einer Region-of-Interest in einem ersten Schritt durch Setzen eines geeigneten Zeitfensters eine dramatische Reduktion der Datenmenge ermöglicht, die dann in einem zweiten Schritt gezielt auf das Vorhandensein von Anzeichen komplexer Fehler untersucht wird. Dieses zweistufige Verfahren erlaubt die Realisierung höchster Verarbeitungsgeschwindigkeiten, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Inline-Prüfung in laufenden Produktionsprozessen eignet, wobei eine sehr hohe Zuverlässigkeit in der Fehlererkennung erreicht wird, die mit der Zuverlässigkeit von aus dem Stand der Technik bekannten Offlineverfahren vergleichbar ist.The particular advantage of the method according to the invention resides in the fact that by selectively selecting a region-of-interest in a first step by setting a suitable time window, a dramatic reduction in the amount of data is possible, which then in a second step specifically targets the presence of signs more complex Error is investigated. This two-stage method allows the realization of highest processing speeds, whereby the method according to the invention is particularly suitable for inline testing in current production processes, whereby a very high reliability in the error detection is achieved, which is comparable to the reliability of known from the prior art offline method.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahren werden, zeitlich früher aufgenommene zwischengespeicherte A-Scans S aus dem Zwischenspeicher gelöscht, wenn bei der Analyse eines A-Scans Sj, j aus [N, N + i] kein Verdachtsbereich identifiziert wird.In an advantageous development of the method, cached A-scans S recorded earlier in time are deleted from the buffer if no suspect area is identified during the analysis of an A-scan S j, j from [N, N + i].

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn beim Aufnehmen der A-Scans S_N, ...; S_N+i der Einschallort X variiert wird, beispielsweise indem das Werkstück unter einem zum Einschallen und/oder Aufnehmen des Ultraschalls in das/aus dem Werkstück verwendeten Prüfkopf bewegt wird. Hierbei kann die Bewegung z.B. eine lineare Bewegung sein, was bei stangen- oder rohrförmigen Werkstücken vorteilhaft ist. Ist das Werkstück rotationssymmetrisch, so kann auch eine Drehbewegung vorteilhaft sein. In speziellen Situationen ist auch eine Kombination einer linearen und einer Drehbewegung von Vorteil.Particular advantages arise when recording the A-scans S _N , ...; S _{N + i} the Einschallort X is varied, for example, by the workpiece is moved under a used for einschallen and / or recording the ultrasound in / from the workpiece probe. Here, the movement may be, for example, a linear movement, which is advantageous in rod-shaped or tubular workpieces. If the workpiece is rotationally symmetrical, a rotational movement may also be advantageous. In special situations, a combination of a linear and a rotary movement is beneficial.

Generell sind jedoch auch beliebige Geometrien denkbar. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird daher ein dreidimensionales CAD-Modell des Prüflings vorgehalten. Werkstück und Prüfkopf, d.h. Einschallort X werden so gegeneinander bewegt, dass sich der Einschallort X auf bekannten Scanlinien auf der Oberfläche des Werkstücks bewegt. Es entsteht ein Netz von Stützpunkten für die zu erzeugende graphische Darstellung des Werkstücks, wobei die Stützpunkte durch die Punkte entlang der Scanlinien gegeben sind, an denen tatsächlich ein Prüfschuss getätigt wurde, d.h. zumindest ein Prüfpuls in das Werkstück eingeschallt wurde.In general, however, any geometry is conceivable. In a particularly preferred development, therefore, a three-dimensional CAD model of the test object is kept available. Workpiece and test head, i. Place of incidence X are moved against each other in such a way that the location X is moved on known scan lines on the surface of the workpiece. The result is a network of support points for the graphic representation of the workpiece to be generated, wherein the support points are given by the points along the scan lines on which a test shot was actually taken, i. at least one test pulse was sounded into the workpiece.

Wird mit einem Prüfkopf gearbeitet, der eine gezielte Einstellung des Einschallwinkels theta erlaubt, so kann auch eine Variation des Einschallwinkels theta beim Aufnehmen der A-Scans S_N, ...; S_N+i vorteilhaft sein. Hier hat sich die Verwendung von Gruppenstrahlerprüfköpfen besonders bewährt, die eine Mehrzahl von individuell phasengenau ansteuerbaren Ultraschallwandlern umfassen, die in einem ein- oder zweidimensionalen Array bekannter Geometrie angeordnet sind. If a test head is used which allows a specific adjustment of the insonification angle theta, then a variation of the insonification angle theta when recording the A-scans S _N , ...; S _{N + i be} beneficial. Here, the use of phased array probes has proven particularly useful, comprising a plurality of individually phased exactly controllable ultrasonic transducers, which are arranged in a one or two-dimensional array of known geometry.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Aufnahmen der A-Scans S_N, ...; S_N+i sowohl der Einschallort X als auch der Einschallwinkel theta variiert.In a particularly advantageous development of the method according to the invention, when recording the A-scans S _N ,... S _{N + i} both the Einschallort X and the insonification angle theta varies.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Veränderung der Prüfkopfposition auf der Oberfläche des Werkstücks bei feststehendem Werkstück zu einer Bewegung des Werkstücks unter einem feststehenden Prüfkopf äquivalent ist.It should be noted that changing the probe position on the surface of the workpiece with the workpiece stationary is equivalent to moving the workpiece under a stationary probe.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall vorgesehen. Insbesondere ist sie zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Bevorzugte Weiterbildungen sind zur Ausführung der bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet, wozu sie ggf. weitere technische Merkmale und/oder Mittel umfassen. Es wird daher ausdrücklich auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren sowie zu dessen Vorteilen Bezug genommen, die der Fachmann ohne weiteres auf die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung sowie deren vorteilhafte Weiterbildungen übertragen kann.An apparatus according to the invention is provided for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound. In particular, it is set up to carry out the method according to the invention. Preferred developments are set up for carrying out the preferred developments of the method according to the invention, for which purpose they may comprise further technical features and / or means. It is therefore expressly made to the preceding comments on the method according to the invention and to the advantages thereof, which can be readily transferred to the skilled person skilled in the following described device according to the invention and their advantageous developments.

Die Vorrichtung umfasst Mittel zum Aufnehmen und Zwischenspeichern einer Serie von i A-Scans S_N, ...; S_N+i des Volumens des Werkstücks, wobei auf die konkrete Ausgestaltung dieses Mittels im Folgenden noch genauer eingegangen wird. Weiterhin umfasst sie Mittel zum Setzen eines Zeitfensters, in dem zumindest in einem Scan S_j, j aus [N, N + i], Ultraschallsignale auftreten, die mit einem Fehler korreliert sein könnten. Bilderzeugungsmittel sind vorgesehen zum Erzeugen eines Abbilds des Werkstücks. Hierzu ist das Bilderzeugungsmittel dazu eingerichtet, Ausschnitte der A-Scans S_N, ...; S_N+i zu bilden, die in das gesetzte Zeitfenster fallen, und diese in der zeitlichen Abfolge ihrer jeweiligen Aufnahme nebeneinander anzuordnen. Alternativ kann das Bilderzeugungsmittel dazu eingerichtet sein, die Ausschnitte der A-Scans S_N, ...; S_N+i auch in einer Abfolge anzuordnen, die sich an der Geometrie des Werkstücks orientiert. Insbesondere können angrenzend aneinander angeordnete Ausschnitte S_N, ...; S_N+i mit geometrisch aneinander angrenzenden oder auch partiell überlappenden Raumbereichen des Werkstücks korrespondieren. Grundsätzlich sind auch beliebige andere Algorithmen zur Anordnung der Ausschnitte S_N, ...; S_N+i denkbar und möglich. Unter der Anordnung der Ausschnitte S_N, ...; S_N+i ist insbesondere die Bildung einer Datenmenge zu verstehen, die ein derartiges zweidimensionales Abbild des durchschallten Volumens des Werkstücks repräsentiert. Es ist nicht entscheidend für die Erfindung, ob tatsächlich eine graphische Darstellung dieser Datenmenge erzeugt und insbesondere diese graphische Darstellung auf einem geeigneten Anzeigegerät zur Anzeige gebracht wird. Dies ist jeweils Gegenstand vorteilhafter Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung.The apparatus comprises means for receiving and latching a series of i A scans S _N , ...; S _{N + i of} the volume of the workpiece, wherein the specific embodiment of this means will be discussed in more detail below. Furthermore, it comprises means for setting a time window in which, in at least one scan S _j , j from [N, N + i], ultrasound signals occur which could be correlated with an error. Image forming means are provided for forming an image of the workpiece. For this purpose, the image generating means is arranged to produce sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i} , which fall within the set time window, and to arrange them in the temporal sequence of their respective recording next to each other. Alternatively, the image generating means may be arranged to display the sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i} also to arrange in a sequence that is based on the geometry of the workpiece. In particular, cut-outs S _N , ...; S _{N + i} correspond with geometrically adjoining or partially overlapping spatial regions of the workpiece. In principle, any other algorithms for arranging the sections S _N , ...; S _{N + i} conceivable and possible. Under the arrangement of the cutouts S _N , ...; S _{N + i} is in particular the formation of a To understand the amount of data that represents such a two-dimensional image of the sonicated volume of the workpiece. It is not critical for the invention to actually generate a graphical representation of this amount of data and, in particular, display this graph on a suitable display device. This is in each case the subject of advantageous developments of the method or the device.

Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Analysemittel zum Anwenden eines Analysealgorithmus aus der Bildverarbeitung auf das erzeugte Abbild, genauer auf die erzeugte Datenmenge, die ein solches Abbild repräsentiert, zur Detektion von Fehlern höherer Ordnung im Volumen des Prüflings.Finally, the device according to the invention comprises analysis means for applying an analysis algorithm from the image processing to the generated image, more precisely to the generated data quantity representing such an image, for the detection of higher-order errors in the volume of the test object.

Hierzu ist das Mittel zum Setzen des Zeitfensters in einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung dazu eingerichtet, die A-Scans S_N, ..., S_N+i zu analysieren, um einen Verdachtsbereich in zumindest einem der A-Scans S_N, ..., S_N+i zu identifizieren, der z.B. dadurch gegeben sein kann, dass in diesem Bereich zumindest eine voreingestellte Amplitudenschwelle zumindest einmalig über- oder unterschritten wird.For this purpose, the means for setting the time window in a preferred embodiment of the device is set up to analyze the A-scans S _N ,..., S _{N + i} in order to form a suspect area in at least one of the A-scans S _N , .. ., S _{N + i} to be identified, which may be given, for example, that in this area at least one preset amplitude threshold is exceeded or fallen below at least once.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Speichern des Ergebnisses der angewendeten Fehleranalysealgorithmen für Protokollzwecke sowie eine Weiterverarbeitung, bevorzugt in einer Fehlerdatenbank.In a preferred development, the device comprises means for storing the result of the applied error analysis algorithms for logging purposes as well as further processing, preferably in an error database.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Visualisierung der aufgefundenen Fehleranzeigen z.B. indem sie in einem dreidimensionalen Abbild des Werkstücks an der jeweils zugehörigen Fehlerposition verzeichnet werden. Die Art bzw. Größe der Fehleranzeige kann ebenfalls graphisch dargestellt werden, z.B. durch eine Farbcodierung. Weiterhin ist es möglich, in der erzeugten graphischen Darstellung die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgefundenen Fehleranzeigen mit auf konventionelle Weise aufgefundenen Fehleranzeigen zu kombinieren, insbesondere in einer graphischen Darstellung des Werkstücks, in der die Fehleranzeigen verzeichnet sind. Auch diese Ausgestaltung der Mittel zur Visualisierung stellt eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.In a further preferred development, the device furthermore comprises means for visualizing the fault indications found, e.g. by being recorded in a three-dimensional image of the workpiece at the respectively associated error position. The type or size of the error indication may also be graphed, e.g. through a color coding. Furthermore, it is possible to combine in the generated graphical representation the fault indications found by means of the method according to the invention with fault indications found in a conventional manner, in particular in a graphical representation of the workpiece in which the fault indications are recorded. This embodiment of the means for visualization represents a preferred development of the device according to the invention.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung in einen bevorzugt weitgehend automatisierten Produktionsprozess ist, umfasst die Vorrichtung Mittel zum Triggern bestimmter Abläufe im Produktionsprozess auf Basis der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgefundenen Fehleranzeigen. Getriggert werden kann z.B. eine Sortierung des geprüften Werkstücks auf verschiedene Mulden wie eine Ausschussmulde oder eine Reparaturmulde oder ein Aussondern des Werkstücks zum Probennehmen.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, which is particularly advantageous when the device is in a preferably largely automated production process, the device comprises means for triggering certain processes in the production process on the basis of the error messages found by the method according to the invention. For example, it is possible to trigger a sorting of the tested workpiece on different wells such as a committee trough or a repair trough or a rejection of the workpiece for sampling.

Grundlage hierfür kann eine Referenzfehlerdatenbank sein, die mittels geeigneter Mittel vorgehalten wird. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die die aufgefundenen Fehleranzeigen mit katalogisierten Fehleranzeigen von Referenzfehlern vergleichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird dann zum Triggern verwendet.The basis for this can be a reference error database, which is maintained by suitable means. Furthermore, means are provided which compare the found fault indications with cataloged error indications of reference errors. The result of the comparison is then used for triggering.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittel zum Aufnehmen und Zwischenspeichern der A-Scans dazu eingerichtet, zeitlich vor einem A-Scan S_j, j aus [N, N + i], aufgenommene zwischengespeicherte A-Scans aus dem Zwischenspeicher zu löschen, wenn bei der Analyse des A-Scans Sj kein Verdachtsbereich identifiziert wird.In a further advantageous refinement of the device according to the invention, the means for recording and buffering the A-scans is set up to record buffered A-scans from the intermediate buffer, recorded in advance of an A-scan S _j , j from [N, N + i] delete if no suspect area is identified during the analysis of the A-scan Sj.

Die in der Vorrichtung vorgesehenen Analysemittel können insbesondere dazu eingerichtet sein, einen Analysealgorithmus auf die erzeugte Datenmenge anzuwenden, der auf einer zweidimensionalen Nachbarschaftanalyse basiert. Alternativ kann der Analysealgorithmus dazu eingerichtet sein, bestimmte geometrische Formationen im erzeugten Abbild zu detektieren.The analysis means provided in the apparatus may in particular be adapted to apply an analysis algorithm to the generated data set based on a two-dimensional neighborhood analysis. Alternatively, the analysis algorithm can be set up to detect specific geometric formations in the generated image.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung Transportmittel, die dazu vorgesehen sind, beim Aufnehmen der A-Scans S_N, ...; S_N+i den Einschallort X zu variieren. Hierzu kann das Transportmittel dazu eingerichtet sein, das Werkstück linear oder/und rotatorisch relativ zu einem zum Einschallen und/oder Aufnehmen des Ultraschalls in das/aus dem Werkstück verwendeten Prüfkopf, der Teil des Mittels zum Aufnehmen und Speichern von A-Scans ist, zu bewegen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird hierzu ein dreidimensionales CAD-Modell des Prüflings vorgehalten. Werkstück und Prüfkopf, d.h. Einschallort X werden so gegeneinander bewegt, dass sich der Einschallort X auf bekannten Scanlinien auf der Oberfläche des Werkstücks bewegt.In a further preferred embodiment, the device comprises means of transport, which are provided when recording the A-scans S _N , ...; S _{N + i} to vary the Einschallort X. For this purpose, the transport means may be adapted to move the workpiece linearly and / or rotationally relative to a test head used to insoniate and / or pick up the ultrasound in / from the workpiece, which is part of the means for recording and storing A-scans move. In a particularly preferred development, a three-dimensional CAD model of the test object is provided for this purpose. Workpiece and test head, ie Einschallort X are moved against each other so that the Einschallort X moves on known scan lines on the surface of the workpiece.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Mittel zum Aufnehmen und Zwischenspeichern der A-Scans dazu eingerichtet, während der Aufnahme der Serie von A-Scans den Einschallwinkel theta zu variieren.In a further preferred embodiment, the means for recording and buffering the A-scans is adapted to vary the insonification angle theta during the recording of the series of A-scans.

Das von der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasste Mittel zum Aufnehmen und Zwischenspeichern der A-Scans kann insbesondere einen Ultraschallsendeprüfkopf umfassen, der zumindest einen Ultraschallwandler zur Erzeugung und Einkopplung eines Ultraschallfelds in das Werkstück aufweist. Weiterhin umfasst sie einen Ultraschallempfangsprüfkopf mit zumindest einem Ultraschallwandler zur Aufnahme resultierender Echosignale aus dem Werkstück. Der Sende- und der Empfangsprüfkopf können identisch sein, insbesondere ist möglich, nur einen Ultraschallprüfkopf als gemeinsamen Sende- und Empfangsprüfkopf zu verwenden. Umfasst der Prüfkopf eine Mehrzahl unabhängig phasengenau ansteuerbarer Wandlersegmente, d.h. handelt es sich um einen Gruppenstrahlerprüfkopf, so können die Sende- bzw. Empfangsapertur, der Einschallwinkel und die Fokustiefe elektronisch ansteuerbar sein, insbesondere im Zusammenhang mit der nachstehend beschriebenen Ansteuereinheit.The means for recording and buffering the A-scans included in the device according to the invention may comprise, in particular, an ultrasound transmission probe which has at least one ultrasound transducer for generating and coupling an ultrasound field into the workpiece having. Furthermore, it comprises an ultrasonic receiving test head with at least one ultrasonic transducer for receiving resulting echo signals from the workpiece. The transmitting and the receiving test head can be identical, in particular it is possible to use only one ultrasonic test head as the common transmitting and receiving test head. If the test head comprises a plurality of independently phase-accurate controllable transducer segments, ie if it is a phased array probe, then the transmit or receive aperture, the insonification angle and the depth of focus can be controlled electronically, in particular in connection with the drive unit described below.

Weiterhin ist eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Ultraschallsendeprüfkopfs vorgesehen, die den Ultraschallsendeprüfkopf so ansteuert, dass dieser eine Folge von Ultraschallpulsen zur Einkopplung in das Werkstück erzeugt. Die ggf. resultierenden Echosignale werden mittels des Ultraschallempfangsprüfkopfs aufgenommen und von einer mit diesem verbundenen Empfangseinheit weiterverarbeitet. In der Empfangseinheit kann insbesondere eine Vorverstärkung der empfangenen Signale erfolgen sowie eine A/D-Wandelung der Signale. Handelt es sich bei dem verwendeten Ultraschallempfangsprüfkopf um einen Gruppenstrahlerprüfkopf, so kann in der Empfangseinheit auch ein „Beamforming“ erfolgen, z.B. indem die Signale der einzelnen Wandlersegemente gegeneinander zeitverzögert werden.Furthermore, a drive unit for controlling the Ultraschallendesprüfprüfs is provided which controls the Ultraschallendesprüfkopf so that it generates a series of ultrasonic pulses for coupling into the workpiece. The possibly resulting echo signals are recorded by means of the Ultraschallempfangsprüfkopfs and further processed by a receiving unit connected thereto. In the receiving unit, in particular, a pre-amplification of the received signals as well as an A / D conversion of the signals. If the ultrasound receiver test head used is a phased array test head, "beamforming" can also be performed in the receiver unit, e.g. by the signals of the individual Wandlersegemente against each other are delayed.

Schließlich ist eine der Empfangseinheit nachgeschaltete und mit dieser verbundene Auswerteeinheit zur Verarbeitung der aufgenommenen Echosignale gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.Finally, one of the receiving unit downstream and connected to this evaluation unit for processing the recorded echo signals is set up according to the inventive method.

Selbstverständlich können alle Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden, insbesondere auch über die Anspruchskategorien hinweg, soweit dies technisch möglich ist. Dies gilt auch für die Merkmale des nachfolgenden Ausführungsbeispiels, aus welchem sich weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben. Das Ausführungsbeispiel dient dem Fachmann zur Veranschaulichung der Erfindung und ist daher beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Es nimmt Bezug auf die Figuren, die folgendes zeigen:Of course, all features of the embodiments or developments of the invention described above can be combined with each other, in particular also across the claim categories, as far as this is technically possible. This also applies to the features of the following embodiment, from which further features and advantages of the device according to the invention and of the method according to the invention result. The exemplary embodiment serves to illustrate the invention to a person skilled in the art and is therefore to be understood as illustrative and not restrictive. It refers to the figures, which show the following:

1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 : an embodiment of a device according to the invention,

2: ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 2 a flow chart of an embodiment of a method according to the invention, and

3: eine mittels des Verfahrens gemäß 2 erzeugte Darstellung der Echosignale aus einer „Region of Interest“ eines fehlerbehafteten Prüflings. 3 : one by the method according to 2 generated representation of the echo signals from a "region of interest" of a faulty test specimen.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 1 zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings 100 mittels Ultraschall. Die Prüfvorrichtung 1 ist zur Charakterisierung von Fehlern oder Ungänzen 99 im Material des Prüflings 100 mittels Ultraschall eingerichtet. Die Prüfvorrichtung 1 umfasst einen Ultraschallprüfkopf 10 mit einem einstückigen Ultraschallwandler 12 zur Erzeugung und Einkopplung eines Ultraschallfelds in den Prüfling 100 sowie zur Aufnahme resultierender Echosignale aus dem Prüfling 100. Der Prüfkopf 10 ist zu einer Schrägeinschallung in den Prüfling 100 eingerichtet. Hierzu ist der Ultraschallwandler 12 auf einem keilförmigen Vorlaufkörper 14 angeordnet. 1 shows an embodiment of a test device according to the invention 1 for non-destructive testing of a test object 100 by ultrasound. The tester 1 is for characterizing errors or omissions 99 in the material of the test object 100 furnished by means of ultrasound. The tester 1 includes an ultrasonic probe 10 with a one-piece ultrasonic transducer 12 for generating and coupling an ultrasonic field into the test object 100 and for recording resulting echo signals from the test object 100 , The test head 10 is to a Schräginschallung in the examinee 100 set up. For this purpose, the ultrasonic transducer 12 on a wedge-shaped flow body 14 arranged.

Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 eine Ansteuereinheit 20 zur Ansteuerung des Ultraschallprüfkopfs 10, so dass dieser eine Folge von Ultraschallpulsen mit einer bestimmten Sendefrequenz f, die typisch zwischen 1 und 15 MHz liegt, und einer Bandbreite B, die typisch zwischen 20 und 40% liegt, erzeugt. Die Pulsfolgefrequenz liegt typisch im Bereich einiger kHz. Die Ansteuereinheit 20 ist mit dem Prüfkopf 10 und insbesondere mit dessen Ultraschallwandler 12 verbunden.Furthermore, the test device comprises 1 a drive unit 20 for controlling the ultrasonic probe 10 such that it generates a sequence of ultrasound pulses having a specific transmission frequency f, which is typically between 1 and 15 MHz, and a bandwidth B, which is typically between 20 and 40%. The pulse repetition frequency is typically in the range of a few kHz. The drive unit 20 is with the test head 10 and in particular with its ultrasonic transducer 12 connected.

Weiterhin ist eine Empfangseinheit 30 zum Aufnehmen von Echosignalen mittels des Ultraschallprüfkopfs 10 vorgesehen. Auch die Empfangseinheit 30 ist mit dem Prüfkopf 10 und insbesondere mit dessen Ultraschallwandler 12 verbunden.Furthermore, a receiving unit 30 for receiving echo signals by means of the ultrasonic probe 10 intended. Also the receiving unit 30 is with the test head 10 and in particular with its ultrasonic transducer 12 connected.

Schließlich ist eine sowohl mit der Ansteuereinheit 20 als auch mit der Empfangseinheit 30 verbundene Auswerteeinheit 40 vorgesehen, die zur Verarbeitung der vom Ultraschallwandler 12 des Prüfkopfs 10 aufgenommenen Echosignale aus dem Material des Prüflings 100 eingerichtet ist. Die Auswerteeinheit 40 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 42 in Form eines LCD oder OLED verbunden, auf der z.B. die Amplitude der empfangenen Echosignale zeitlich aufgelöst dargestellt werden kann, d.h. es kann ein A-Scan der aufgenommenen Echosignale dargestellt werden.Finally, one is with both the drive unit 20 as well as with the receiving unit 30 connected evaluation unit 40 provided for processing by the ultrasonic transducer 12 of the test head 10 recorded echo signals from the material of the DUT 100 is set up. The evaluation unit 40 is with a display device 42 connected in the form of an LCD or OLED on which, for example, the amplitude of the received echo signals can be displayed in a time-resolved manner, ie an A-scan of the recorded echo signals can be displayed.

Der Prüfling 100 kann mittels einer Vortriebseinheit (nicht gezeigt) unter dem feststehenden Prüfkopf linear hinweg bewegt werden, so dass sich die Einkoppelposition von einem eingeschallten Ultraschallpuls zum nächsten definiert ändert, z.B. längs einer Geraden um einige Millimeter. Diese Positionsinformation wird von der Vortriebseinheit an die Auswerteeinheit 40 übermittelt.The examinee 100 can be moved linearly by means of a propulsion unit (not shown) under the fixed test head so that the coupling position changes from one ultrasonic pulse to the next, eg along a straight line of a few millimeters. This position information is transmitted from the propulsion unit to the evaluation unit 40 transmitted.

Die Auswerteeinheit 40 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet, worauf nachfolgend genauer eingegangen wird. Das Verfahren kann dabei in der Ansteuereinheit 20, der Auswerteeinheit 40 oder einer übergeordneten Steuereinheit, die Teil der Vorrichtung 1 ist, implementiert sein.The evaluation unit 40 is set up for carrying out the method according to the invention, which will be discussed in more detail below. The method can in the drive unit 20 , the evaluation unit 40 or a parent control unit, which is part of the device 1 is to be implemented.

Ansteuereinheit 20, Empfangseinheit 30 sowie Auswerteeinheit 40 incl. Anzeigeeinrichtung 42 sind in einem gemeinsamen Ultraschallsteuergerät 50 untergebracht, welches über eine Kommunikationsleitung 60 mit dem Prüfkopf 10 verbunden ist.control unit 20 , Receiving unit 30 as well as evaluation unit 40 incl. display device 42 are in a common ultrasound control unit 50 housed, which via a communication line 60 with the test head 10 connected is.

In einer alternativen Ausgestaltung können die Ansteuereinheit 20, die Empfangseinheit 30 sowie die Auswerteeinheit 40 einzeln oder gemeinschaftlich sowie teilweise oder vollständig in den Prüfkopf 10 integriert sein.In an alternative embodiment, the drive unit 20 , the receiving unit 30 as well as the evaluation unit 40 individually or collectively as well as partially or completely in the test head 10 be integrated.

Das auf einen in den Prüfling 100 eingekoppelten Ultraschallpuls folgende Echosignal wird in einen in der Auswerteeinheit 100 vorgesehenen Echtzeit-FIFO-Zwischenspeicher geladen, der dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Echosignalen temporär zwischenzuspeichern (Schritt 101).That on one in the examinee 100 coupled ultrasonic pulse following echo signal is in one in the evaluation 100 loaded real-time FIFO buffer, which is adapted to temporarily cache a plurality of echo signals (step 101 ).

Im Schritt 102 wird das zuletzt aufgenommene Echosignal einer einfachen Analyse dahingehend unterworfen, ob das Echosignal potentielle Fehleranzeichen aufweist, z.B. ob in einer A-Scan-Darstellung eine voreingestellte Blende überschritten wird. Ergibt diese Voranalyse, dass Fehleranzeichen vorhanden sind, so wird in Schritt 103 das Echosignal zusammen mit einer vorbestimmten Anzahl zeitlich vorhergehender Echosignale in einen Bildverarbeitungszwischenspeicher geladen.In step 102 the last recorded echo signal is subjected to a simple analysis to determine whether the echo signal has potential error signs, for example, whether a preset aperture is exceeded in an A-scan display. If this preliminary analysis reveals that there are error signs, then in step 103 the echo signal is loaded into an image processing buffer together with a predetermined number of temporally preceding echo signals.

Werden keine potentiellen Fehleranzeichen aufgefunden, so wird in Schritt 104 das älteste Echosignal aus dem FIFO-Zwischenspeicher gelöscht.If no potential error signs are found, then in step 104 deleted the oldest echo signal from the FIFO buffer.

In Schritt 105 werden die in den Bildverarbeitungszwischenspeicher geladenen Echosignale mittels Verfahren ausgewertet, die aus der Bildverarbeitung bekannt sind. Hierzu werden die Echosignale als zweidimensionale Bildinformation behandelt, wobei die Zeit innerhalb eines Echosignals die X-Achse und die zeitliche Abfolge der Echosignale als Y-Achse interpretiert wird. Die (diskretisierte) Amplitude der Echosignale repräsentiert einen Helligkeitswert. Ein gemäß dieses Verfahrens gewonnenes Abbild einer „region of interest“ ROI des Prüflings, d.h. eines Bereichs des Prüflings, in dem Echosignale potentielle Fehleranzeichen aufweisen, ist in 3 dargestellt.In step 105 For example, the echo signals loaded into the image processing buffer are evaluated by methods known in image processing. For this purpose, the echo signals are treated as two-dimensional image information, wherein the time within an echo signal, the X-axis and the time sequence of the echo signals is interpreted as Y-axis. The (discretized) amplitude of the echo signals represents a brightness value. An image of a "region of interest" ROI of the device under test, ie a region of the device under test in which echo signals have potential error signs, obtained in accordance with this method is shown in FIG 3 shown.

Ein solches Bildverarbeitungsverfahren kann z.B. darauf basieren, dass auch Nachbarschaftsinformationen in die Bewertung einbezogen werden, was z.B. bei der Identifikation von Fehlern mit charakteristischer Geometrie (z.B. mit herstellungsbedingter Vorzugsorientierung) vorteilhaft sein kann. Auch eine Mittelwertbildung über die Grauwerte benachbarter Pixel, Verfahren zur Kontrasterhöhung oder zur Kantenschärfung oder auch der Abzug eines mittleren Hintergrundwerts sind möglich und im Einzelfall vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hier nicht auf spezielle Bildverarbeitungsverfahren beschränkt, vielmehr können grundsätzlich alle aus dem Stand der Technik bekannten Bildverarbeitungsverfahren zur Anwendung kommen.Such an image processing method may e.g. based on the fact that neighborhood information is also included in the assessment, e.g. may be advantageous in identifying errors having characteristic geometry (e.g., manufacturing bias). Averaging over the gray values of adjacent pixels, methods for increasing the contrast or for edge sharpening or even the subtraction of an average background value are possible and advantageous in individual cases. The method according to the invention is not limited to special image processing methods, but basically all image processing methods known from the prior art can be used.

Wird in Schritt 105 ein Fehler identifiziert, so wird in Schritt 106 der Inhalt des Bildverarbeitungszwischenspeichers zu Protokollzwecken dauerhaft gespeichert und in einem Fehlerspeicher ein Protokolleintrag vorgenommen. Die hierzu erforderlichen Speichermittel sind ebenfalls der Auswerteeinheit 40 zugeordnet. Danach kehrt das Verfahren zu Schritt 101 zurück.Will in step 105 an error is identified, then in step 106 the contents of the image processing buffer permanently stored for logging purposes and made a log entry in an error memory. The storage means required for this purpose are likewise the evaluation unit 40 assigned. Thereafter, the process returns to step 101 back.

Wird in Schritt 105 kein Fehler identifiziert, so wird in Schritt 107 der Inhalt des Bildverarbeitungszwischenspeichers verworfen und das Verfahren kehrt zu Schritt 101 zurück.Will in step 105 no error is identified, so in step 107 the contents of the image processing buffer are discarded and the process returns to step 101 back.

Das dargestellte Verfahren wird von der Auswerteeinheit 40 ausgeführt, die auch den FIFO-Zwischenspeicher sowie den Bildverarbeitungszwischenspeicher umfasst.The illustrated method is provided by the evaluation unit 40 which also includes the FIFO buffer and the image processing buffer.

Claims

Method for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound, comprising the following method steps: a. Recording and buffering a series of i A scans S _N , ...; S _{N + i of} the volume of the workpiece, b. Setting a time window in which, in at least one scan S _j , j from [N, N + i], ultrasound signals occur which could be correlated with an error, c. Generating an image of the workpiece by sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i are} formed, which fall within the set time window, and these are arranged in a sequence predetermined by an algorithm, such as the temporal or spatial sequence of their respective recording, d. Apply an analysis algorithm from the image processing to the generated image to detect errors in the volume of the DUT.

Method according to claim 1, characterized in that for setting the time window the A-scans S _N , ...; S _{N + i are} analyzed to provide a suspect area in at least one of the A-scans S _N , ...; S _{N + i} to identify, in which at least a preset amplitude threshold is exceeded or fallen below.

A method according to claim 1, characterized in that if in the analysis of an A-scan Sj, j from [N, N + i], no suspect area is identified, temporally recorded earlier cached A-scans are deleted from the cache.

A method according to claim 1, characterized in that the analysis algorithm is based on a two-dimensional neighborhood analysis.

Method according to claim 1, characterized in that when recording the A-scans S _N , ...; S _{N + i} the Einschallort X and / or the insonification angle theta can be varied.

A method according to claim 5, characterized in that the workpiece is moved under a test head used for absorbing and / or receiving the ultrasound in / from the workpiece.

A method according to claim 1, characterized in that a graphic representation of the workpiece as well as the error messages found by means of the error analysis algorithm is generated.

A method according to claim 7, characterized in that in addition to the method according to claim 1, a conventional method for finding fault indications is carried out, and the fault indications found by means of the conventional method are also reproduced in the generated graphic representation.

Method according to claim 1, characterized in that the error indications found by means of the error analysis algorithm are used for triggering method steps in an automated production method.

A device for non-destructive testing of a workpiece by means of ultrasound, comprising the following features: a. Means for recording and buffering a series of i A scans S _N , ...; S _{N + i of} the volume of the workpiece, b. Means for setting a time window in which, in at least one scan S _j , j from [N, N + i], ultrasound signals occur which could be correlated with an error, c. Image forming means for forming an image of the workpiece by displaying sections of the A-scans S _N , ...; S _{N + i are} formed, which fall within the set time window, and these are arranged in a sequence predetermined by an algorithm, such as the temporal or spatial sequence of their respective recording, and d. Analyzing means for applying an analysis algorithm from the image processing to the generated image for detecting errors in the volume of the device under test.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the means for setting the time window is adapted to the A-scans S _N , ...; S _{N + i} to analyze a suspect area in at least one of the A-scans S _N , ...; S _{N + i} to identify, in which at least a preset amplitude threshold is exceeded or fallen below.

A device according to claim 11, characterized in that the means for recording and buffering is adapted to clear from the buffer a captured cached A-scan in advance of an A-scan S _j , j from [N, N + i] In the analysis of the A-scan Sj no suspected area is identified.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the analysis algorithm used by the analysis means is based on a two-dimensional neighborhood analysis.

Device according to claim 10, characterized in that the device comprises means of transport intended to receive the A-scans S _N , ...; S _{N + i} the Einschallort X and / or the insonification angle theta to vary.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the transport means is arranged for moving the workpiece, such that the workpiece is movable under a probe used for absorbing and / or receiving the ultrasound in / from the workpiece.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the means for recording and buffering comprises: a. an ultrasonic transmitting probe with an ultrasonic transducer for generating and coupling an ultrasonic field into the workpiece, b. an ultrasonic receiving probe with an ultrasonic transducer for receiving resulting echo signals from the workpiece, c. a drive unit for controlling the ultrasound transmit probe, so that it generates a sequence of ultrasonic pulses for coupling into the workpiece, d. a receiving unit for receiving echo signals from the workpiece by means of the Ultraschallempfangsprüfkopfs, and e. an evaluation unit connected to the receiving unit, which is set up to process the recorded echo signals.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the apparatus further comprises means for generating a graphical representation of the workpiece as well as the detected by means of the error analysis algorithm error displays.

Apparatus according to claim 18, characterized in that there are further provided means adapted to carry out a conventional method for finding fault indications, and the means for generating a graphic representation of the workpiece are further adapted to indicate the faults found by means of the conventional method also in the generated graphical representation.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the device is part of an apparatus for carrying out an automated manufacturing process, which in turn comprises means for triggering predetermined process steps in the manufacturing process, and the means for triggering are adapted to trigger the fault indications found by the error analysis algorithm to use of predetermined method steps.