DE19603574C2

DE19603574C2 - Method and device for imaging ultrasonic wave springs

Info

Publication number: DE19603574C2
Application number: DE1996103574
Authority: DE
Inventors: Bernd Koehler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: DE19603574A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abbildung von Ultraschall-Wellenfeldern gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for imaging ultrasonic wave fields according to the features specified in the preamble of claim 1. Further relates the invention relates to a device for performing the method.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 43 24 983 A1 bekannt, welche auf ein akustisches Mikroskop zur gleichzeitigen Messung der Topographie und der Elastizitätseigenschaften einer Probe gerichtet ist, wobei die Auslenkung einer Meßspitze über die Ablenkung eines Laserstrahles gemessen wird. Über einen Regelkreis, welcher eine segmentierte Fotodiode enthält, wird die mittlere Auslenkung der Meßspitze konstant gehalten, wobei die Fotodiode bei der mittleren Auslenkung der Meßspitze am Ausgang eines Normierungsverstärkers ein Neutralsignal liefert. Abweichungen von dem Neutralsignal sind über eine z-Elektrode eines Piezokristalls ausgleichbar. Zur Messung der Elastizitätseigenschaften der Probe ist mittels eines Sendekopfes Ultraschall in die Probe einkoppelbar, wobei die hochfrequente Aus lenkung der Meßspitze über eine zweite Detektionsvorrichtung erfaßt wird, welche aus einer Abschattungsvorrichtung und einer schnellen Fotodiode besteht. Die Anordnung der Meß spitze an einem Federbalken und die Messung der Ablenkung des Laserstrahles einschließlich Regelkreis zur Konstanthaltung erfordern einen nicht unerheblichen apparativen Aufwand. Die Erzeugung einer Momentaufnahme des Wellenfeldes ist nicht ohne weiteres möglich.Such a method is known from DE 43 24 983 A1, which is based on an acoustic Microscope for simultaneous measurement of topography and elastic properties a sample is directed, the deflection of a probe over the deflection of a Laser beam is measured. Via a control loop, which is a segmented photodiode contains, the mean deflection of the measuring tip is kept constant, the photodiode at the middle deflection of the measuring tip at the output of a standardization amplifier Neutral signal delivers. Deviations from the neutral signal are via a z-electrode Piezo crystal can be compensated. To measure the elastic properties of the sample, use of a transmitter head, ultrasound can be coupled into the sample, the high-frequency off steering of the probe tip is detected by a second detection device, which from a Shading device and a fast photodiode. The arrangement of the measuring tip on a cantilever and the measurement of the deflection of the laser beam including Control loop to keep constant require a considerable amount of equipment. The It is not readily possible to generate a snapshot of the wave field.

Ferner ist aus dem Buch "J. u. H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 5. Aufl., Springer-Verlag Berlin, 1986, S. 34-38, 266-270, 280-286, - ISBN 3-540-15754-9" eine sogenannte "Sokolov-Kamera" bekannt, welche zur Aufzeichnung einer Intensitätsverteilung geeignet ist. Die in diesem Buch beschriebenen verschiedenen Varianten arbeiten mit Impuls- Ultraschall, jedoch zur Ausblendung von Zeitbereichen und somit Tiefenbereichen im unter suchten Objekt. Für die Aufzeichnung des Wellenfeldes in der jeweiligen Momentanauslen kung ist eine Sokolov-Kamera nicht ohne weiteres geeignet. Mit einer Sokolov-Kamera werden wie bei einem C-Scan nur Intensitäten abgebildet, ohne daß hiermit die Abbildung von Wellenfeldern ermöglicht wird.Furthermore, from the book "J. and H. Krautkrämer: materials testing with ultrasound, 5th ed., Springer-Verlag Berlin, 1986, pp. 34-38, 266-270, 280-286, - ISBN 3-540-15754-9 "a So-called "Sokolov camera" known for recording an intensity distribution suitable is. The different variants described in this book work with impulse Ultrasound, but to hide time areas and thus depth areas in the lower searched object. For the recording of the wave field in the current moment kung a Sokolov camera is not suitable. With a Sokolov camera As with a C-Scan, only intensities are imaged without the image of Wave fields is made possible.

Ferner ist aus der DE 34 43 639 A1 ein Ultraschalldetektor bekannt, um eine Intensitätsver teilung, momentane Intensitätswerte und akustische Signalformen von Ultraschall zu messen. Der hieraus vorbekannte Detektor besteht aus einer stabförmigen Elektrode, die mittels eines elektrisch und akustisch isolierenden Materials in einem hülsenförmigen, elektrischen Schirm fixiert ist. Gegen die eine Stirnfläche des Detektors ist ein piezoelektrischer Film derart befestigt, daß er mit den Stirnflächen einer Elektrode, dem isolierenden Material sowie dem elektrischen Schirm in Berührung steht. Nur die äußere Fläche des piezoelektrischen Films ist mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt, so daß die stabförmige Elektrode auf der Innenseite des Films die aktive Fläche des Detektors bestimmt. Furthermore, an ultrasonic detector is known from DE 34 43 639 A1 in order to detect an intensity division, instantaneous intensity values and acoustic signal forms of ultrasound. The previously known detector consists of a rod-shaped electrode, which by means of a electrically and acoustically insulating material in a sleeve-shaped, electrical screen is fixed. A piezoelectric film is of this type against one end face of the detector attached that he with the end faces of an electrode, the insulating material and the electrical screen is in contact. Only the outer surface of the piezoelectric film is covered with an electrically conductive layer, so that the rod-shaped electrode on the Inside the film determines the active area of the detector.

Ultraschallverfahren sind insbesondere in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und der medizinischen Diagnostik weit verbreitet. Die hierbei verwendeten Abbildungsverfahren werden üblicherweise in A-, B- und C-Bildverfahren eingeteilt. A-Bilder liefern eine ein dimensionale Information aus der Tiefe. B-Bilder stellen eine räumliche Aneinanderreihung von A-Bildern dar, wobei der Momentanwert einer Meßgröße, wie beispielsweise die Span nung am Ultraschallwandler als Helligkeit oder farbkodiert dargestellt wird. In C-Bildern wird hingegen eine Intensität aus einer gewissen Tiefe, insbesondere Maximalwert aus einem Zeit fenster, über dem Wandlerort dargestellt. Variationen von dem B-Scan sind als Sektorscan und Compoundscan bekannt. Nachteile der genannten Verfahren und weiteren Varianten be stehen darin, daß beim C-Scan nur Intensitäten abgebildet werden bzw. bei B-Scans nur eine indirekte Information über die Wellenfelder erhalten werden kann.Ultrasonic methods are particularly used in non-destructive material testing and medical diagnostics widely used. The imaging processes used here are usually divided into A, B and C image processes. A-pictures deliver one dimensional information from the depth. B-pictures represent a spatial sequence of A-pictures, the instantaneous value of a measured variable, such as the span is displayed on the ultrasonic transducer as brightness or color-coded. In C-pictures on the other hand, an intensity from a certain depth, in particular maximum value from a time window, shown above the converter location. Variations from the B-scan are as a sector scan and compound scan known. Disadvantages of the methods and other variants mentioned are that only intensities are imaged with the C-scan or only one with B-scans indirect information about the wave fields can be obtained.

Ferner können in optisch transparenten Medien, wie Glas oder Wasser, durch Momentauf nahmen des Ultraschall-Wellenfeldes verbesserte Ergebnisse erzielt werden. Genannt seien hier Fotoelastische- oder Schlieren-Verfahren und hierfür geeignete Geräte sind heute kommerziell erhältlich. In optisch undurchsichtigen Medien können hingegen Wellenfelder bisher nur durch aufwendige Doppelimpuls-Lasertechniken abgebildet werden. Derartige Techniken ermöglichen keinen breiten Industrieeinsatz und haben Grenzen in ihrer Empfind lichkeit.Furthermore, momentarily in optically transparent media, such as glass or water improved results of the ultrasonic wave field. Be mentioned Photoelastic or Schlieren processes and devices suitable for this are here today commercially available. In contrast, wave fields can appear in optically opaque media So far, they have only been reproduced using complex double-pulse laser techniques. Such Techniques do not allow wide industrial use and have limits in their sensitivity possibility.

Ausgehend von dem aus der DE 43 24 983 A1 bekannten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der aus der vorstehend erwähnten DE 34 43 639 A1 bekannten Art anzugeben, das Momentaufnahmen von Ultraschallwellenfeldern beliebiger Oberflächen mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht und zu seiner Durchführung nur einen geringen Aufwand erfordert. Ferner soll ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens ge schaffen werden.Starting from the method known from DE 43 24 983 A1, the invention lies in the Object of the task, a method of the aforementioned DE 34 43 639 A1 known way to specify the snapshots of ultrasonic wave fields of any Allows surfaces with high sensitivity and only one for its implementation requires little effort. Furthermore, a device for performing the method is said to be ge will create.

Hinsichtlich des Verfahrens erfolgt die Lösung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Gerätes erfolgt die Lösung gemäß den Merkmalen des Patentan spruchs 8.With regard to the method, the solution is based on the features of the patent claim 1 and with regard to the device, the solution is carried out according to the features of the patent Proverbs 8

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist mit vergleichsweise geringem Aufwand in günstiger Weise eine Erfassung und Überprüfung der Wellenausbreitungs phänomene auch und gerade in undurchsichtigen Materialen möglich. Die Wellenfelder auf der Oberfläche werden zu festen, vorwählbaren Zeitpunkten abgebildet, und zwar mit einem Aufwand entsprechend dem bei konventionellen C-Bildverfahren. Gleichwohl ist der Informa tionsgehalt dem des erwähnten Doppelimpuls-Laserverfahren vergleichbar. Der Ultraschall wird auf konventionellem Wege im zu überprüfenden Objekt periodisch angeregt, wobei die Oberfläche wie bei einem konventionellen C-Bildverfahren mittels des Ultraschallwandlers oder auf andere geeignete Weise punktförmig abgetastet wird. The method proposed according to the invention is comparatively small Effortlessly a detection and verification of the wave propagation phenomena also and especially possible in opaque materials. The wave fields on The surface is mapped at fixed, preselectable times, with a Effort corresponding to that with conventional C-image processes. Nevertheless, the informa tion content comparable to that of the double pulse laser method mentioned. The ultrasound is periodically excited in a conventional way in the object to be checked, the Surface like in a conventional C-imaging process using the ultrasonic transducer or is scanned point by point in another suitable manner.

Günstig ist hierbei, wenn die aktive Fläche des Sensors kleiner als die Wellen länge der interessierenden Ultraschallwelle ist. Im Gegensatz zu C-Bildern, bei welchen ein Zeitbereich ausgewertet wird und beispielsweise der zugeordnete Maximalwert einer Spannung die Bildinformation liefert, wird erfindungsgemäß der Momentanwert zu einem festen, vorgebbaren Zeitpunkt verwendet. Das derart gewonnene Bild stellt eine Momentanaufnahme des Wellenfeldes dar. Bedarfsweise wird aus jedem Raumpunkt nur der Momentanwert zu einer ausge wählten Zeit gespeichert oder aber es werden die jeweiligen kompletten Zeitsig nale gespeichert. Bei Speicherung der kompletten Zeitsignale wird in zweckmäßi ger Weise eine nachträgliche Auswahl des Zeitpunkts der Momentaufnahme ermöglicht. Ferner ist im Rahmen der Erfindung aus den komplett gespeicherten Daten in einfacher Weise die Herstellung eines Filmes durch eine rechentechni sche Erzeugung vieler Bilder mit konstantem Zeitabstand durchführbar. Der Informationsgehalt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens und seine Aussagekraft wird durch die Herstellung des Filmes aus Bildern zu aufeinander folgenden Zeitpunkten wesentlich erhöht.It is advantageous if the active area of the sensor is smaller than the waves length of the ultrasonic wave of interest. In contrast to C-pictures, at which a time range is evaluated and, for example, the assigned one The maximum value of a voltage that supplies image information is according to the invention the instantaneous value is used at a fixed, predefinable point in time. The The image obtained in this way represents a snapshot of the wave field. If necessary, only the instantaneous value of one is given from each room point selected time or the respective complete time signal is saved saved. When storing the complete time signals is in expedient a subsequent selection of the time of the snapshot enables. Furthermore, within the scope of the invention from the completely stored Data in a simple way the production of a film by a computer Many images can be generated at constant intervals. The Information content of the method proposed according to the invention and its The production of the film from pictures makes each other meaningful following times significantly increased.

Der Typ des zum Einsatz gelangenden Wandlers wird den Erfordernissen ent sprechend frei vorgenommen, wodurch letztendlich die gewonnene Information unter Optimierungsgesichtspunkten bestimmbar ist. So kann als Wandler ein Laser-Interferometer zum Einsatz gelangen, mittels welchem eine Momentan auslenkung oder eine Momentangeschwindigkeit in eine elektrische Spannung wandelbar ist. Des weiteren sind elektrodynamische Wandler einsetzbar, welche je nach Typ empfindlich für eine Normalgeschwindigkeit der Oberfläche oder bestimmte Tangentialkomponenten ist. Ferner sei auf piezoelektrische Wandler verwiesen, welche eine hohe Empfindlichkeit aufweisen und bei konventioneller Ankopplung über einen Flüssigkeitsfilm auf Normalauslenkungen reagieren. Darüber hinaus können Vorrichtungen ähnlich den der bekannten Rasterkraft mikroskope zum einsatz kommen, bei denen eine Spitze die Oberfläche abtastet, deren Auslenkung über bekannte Verfahren, wie Laserstrahlablenkung, in elek trische Signale gewandelt werden. Unabhängig vom Wandlertyp werden erfin dungsgemäß die aufgenommenen Zeitsignale in einem geeigneten und/oder angepaßten Gerät digitalisiert und gespeichert. Es sei festgehalten, daß im Ge gensatz zu C-Bildern, bei denen eine Auswertung im Zeitbereich erfolgt, erfindungsgemäß der Momentanwert zu einem festen Zeitpunkt verwendet wird und das derart gewonnene Bild eine Momentanaufnahme des Wellenfeldes darstellt.The type of converter used will meet the requirements speaking freely, which ultimately results in the information obtained can be determined from the point of view of optimization. So as a converter Laser interferometers are used, by means of which a momentary deflection or instantaneous speed into an electrical voltage is changeable. Furthermore, electrodynamic converters can be used, which depending on the type sensitive to a normal surface speed or certain tangential components. Also be on piezoelectric transducers referenced, which have a high sensitivity and with conventional Couplings react to normal deflections via a liquid film. In addition, devices similar to the known scanning force microscopes are used in which a tip scans the surface, their deflection using known methods, such as laser beam deflection, in elec trical signals are converted. Regardless of the type of converter are invented In accordance with the recorded time signals in a suitable and / or adapted device digitized and saved. It should be noted that in Ge in contrast to C-images, in which an evaluation takes place in the time domain, according to the invention the instantaneous value is used at a fixed point in time and the image obtained in this way represents a snapshot of the wave field.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further developments and special refinements of the invention are in the Subclaims specified.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand besonderer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of special exemplary embodiments explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Messung von Ultraschall-Momentaufnahmen, Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement for measuring ultrasonic snapshots

Fig. 2 Aufnahmen von einer schrägliegenden Nut, und zwar zu unterschied lichen Aufnahmezeitpunkten nach einer Anregung, Fig. 2 shots of an inclined groove, namely to different final receiving points in time after excitation,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung von Aufnahmen zu unterschiedlichen Abtast zeiten. Fig. 3 is a schematic diagram of recordings at different scanning times.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Erfassung von Ultraschall-Moment aufnahmen zum Nachweis von Defekten nahe einer Oberfläche eines Objektes 2, wobei ein Wandler 4 zur Anregung von Oberflächenwellen sowie ein Scan-Mani pulator 6 vorgesehen sind. Der Ultraschall-Wandler 4 ist insbesondere als Rayleighwellenprüfkopf ausgebildet, welcher an der Oberfläche geführte Wellen anregt, und der Manipulator 6 enthält einen Ultraschallsensor 8 zur Abtastung. In ungestörten Bereichen breiten sich diese Wellen regelmäßig aus, doch bilden alle Abweichungen von der regelmäßigen Struktur Quellen für sekundäre Wellen, welche sich auf dem erfaßten Momentbild deutlich zeigen. Die mittels des Ultra schall-Sensors 8 erfaßten Meßsignale werden einem, insbesondere als Rechner ausgebildeten Gerät 10 zugeführt und in diesem gespeichert. Mittels des Gerätes 10 wird ferner gemäß der Leitung 12 ein Anregungsimpuls auf den Ultraschall- Wandler 14 gegeben. Über eine Leitung 15 gelangen Steuerungssignale zum Manipulator 6. Mittels des Geräts 10 werden die aufgenommenen Meßsignale bzw. Zeitsignale digitalisiert und gespeichert. Aus den Momentanwerten zu einem festen Zeitpunkt wird das Bild erzeugt, welches eine Momentaufnahme des Wellenfeldes darstellt. Der Sensor 8 ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Durchmesser oder die Breite seiner aktiven Fläche (Apertur) kleiner als die Wellenlänge λ der ausgesandten Ultraschallwelle ist. Besonders zuverlässige Er gebnisse erhält man für eine Apertur kleiner λ/2. Die Sende-Wiederholfrequenz wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Wellen, die an den Begrenzungen des Körpers reflektiert werden, durch Dämpfung abgeklungen sind. Dies erfor dert bei einer linearen größten Abmessung b des Körpers und der maßgebenden Schallgeschwindigkeit c eine Wahl der Ultraschallfrequenz von f = nc/b, wobei n eine ganze Zahl ist, die für stark schwächende Materialien nahe Eins und für gering schwächende Materialien typischerweise deutlich größer 5 zu wählen ist. Fig. 1 shows schematically an arrangement for detecting ultrasonic moment recordings for the detection of defects near a surface of an object 2 , a transducer 4 for excitation of surface waves and a scan manipulator 6 are provided. The ultrasound transducer 4 is designed in particular as a Rayleigh wave probe, which excites waves guided on the surface, and the manipulator 6 contains an ultrasound sensor 8 for scanning. These waves regularly spread in undisturbed areas, but all deviations from the regular structure form sources for secondary waves, which are clearly shown on the captured snapshot. The measurement signals detected by the ultrasound sensor 8 are fed to a device 10 , in particular a computer 10, and stored therein. By means of the device 10 , an excitation pulse is also given to the ultrasound transducer 14 according to the line 12 . Control signals reach the manipulator 6 via a line 15 . The recorded measurement signals or time signals are digitized and stored by means of the device 10 . The image, which represents a snapshot of the wave field, is generated from the instantaneous values at a fixed point in time. According to the invention, the sensor 8 is designed such that the diameter or the width of its active surface (aperture) is smaller than the wavelength λ of the emitted ultrasound wave. Particularly reliable results are obtained for an aperture smaller than λ / 2. The transmission repetition frequency is expediently chosen so that the waves which are reflected at the boundaries of the body have decayed by damping. With a linear largest dimension b of the body and the decisive speed of sound c, this requires a choice of the ultrasound frequency of f = nc / b, where n is an integer that is typically close to unity for strongly weakening materials and typically significantly larger for weakly weakening materials 5 to choose.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis von drei Aufnahmen einer schrägliegenden Nut, welche 0,5 mm unter einer Oberfläche einer Aluminium-Platte endet, wobei die Anre gung durch 2 MHz-Rayleigh-Wellen erfolgte. Die Aufnahmezeitpunkte für die Aufnahmen A, B und C liegen 44, 50 und 52 Mikrosekunden nach der Anregung. Die derart abgebildete Nut stellt ein Modell für einen unter der Oberfläche endenden Riß dar. Deutlich sind die kreisförmigen Wellen 16 vom Beginn der Nut zu erkennen und ferner unter 90° reflektierte Wellenanteile 18. Hierdurch ist nur beispielshaft erläutert, daß nicht nur die Störungen als solche, sondern auch deren Art durch das erfindungsgemäße Verfahren festgestellt werden können. Mit dem bisher in der Werkstoffprüfung zum Einsatz gelangenden Verfahren konnten derartige Aufnahmen nicht hergestellt werden. Fig. 2 shows the result of three recordings of an inclined groove, which ends 0.5 mm below a surface of an aluminum plate, the excitation being carried out by 2 MHz Rayleigh waves. The recording times for the recordings A, B and C are 44, 50 and 52 microseconds after the excitation. The groove depicted in this way represents a model for a crack ending below the surface. The circular waves 16 can clearly be seen from the beginning of the groove and furthermore wave portions 18 reflected at 90 °. This explains only by way of example that not only the faults as such but also their nature can be determined by the method according to the invention. Such recordings could not be made with the method previously used in material testing.

Anhand von Fig. 3 wird das zugrundeliegende Prinzip der Herstellung von einer Anzahl von Aufnahmen durch Abtastung weiter erläutert werden. Die mittels des erwähnten Wandlers erzeugten Pulse von Ultraschallwellen 20 wandern über die Oberfläche 22 und der Abstand u wird mittels des Punkt-Wandlers 4 erfaßt und in dem erwähnten Gerät bzw. Rechner digitalisiert und gespeichert. Des weiteren wird mit dem Zeitsignal nur noch der Wert für die Zeit t0 erfaßt und gespei chert, und zwar zusammen mit den Koordinaten x1 und y1 des Raumpunktes, wie es gemäß der Abbildung A angedeutet ist. Gemäß der Abbildung B wird dieser Vorgang für eine zweite Aufnahme für die nächste Position mit den Koordinaten x2 und y2 nach dem Sendeimpuls wiederholt, und zwar zur gleichen Zeit t0. Entsprechendes erfolgt gemäß Abbildung C mit einer dritten Aufnahme usw. und eine vollständige Darstellung von u (x, y, t0) kann auf diese Weise abgetastet und erfaßt werden. Diese Maßnahmen können in einfacher Weise mittels vorhandenen Scannern durchgeführt werden, wobei eine entsprechende Modifikation der Rechner-Soft ware erfolgt.The underlying principle of the production of a number of recordings by scanning will be further explained with reference to FIG. 3. The pulses of ultrasonic waves 20 generated by means of the aforementioned transducer travel over the surface 22 and the distance u is detected by means of the point transducer 4 and digitized and stored in the aforementioned device or computer. Furthermore, only the value for the time t0 is detected and stored with the time signal, namely together with the coordinates x1 and y1 of the spatial point, as indicated in the illustration A. According to Figure B, this process is repeated for a second exposure for the next position with the coordinates x2 and y2 after the transmission pulse, at the same time t0. The same is done according to Figure C with a third picture etc. and a complete representation of u (x, y, t0) can be scanned and recorded in this way. These measures can be carried out in a simple manner using existing scanners, with a corresponding modification of the computer software being carried out.

Weiter können durch Einsatz einer dementsprechend ausgebildeten und angepaß ten Software die Abweichungen einer ganzen Anzahl von Zeitpunkten erfaßt und parallel gespeichert werden, um so eine Anzahl von Aufnahmen des gleichen Abtastvorgangs zu erhalten. Dies ist in Fig. 3 auf der rechten Seite symbolisch für einen zweiten Zeitpunkt t1 dargestellt. Des weiteren kann in besonders zweckmäßiger Weise ein Film der Wellenbewegung zur gleichen Zeit erzeugt werden, während beim herkömmlichen Abtasten lediglich die Intensität erfaßt werden kann.Furthermore, the deviations of a whole number of times can be detected and stored in parallel by using a correspondingly designed and adapted software, so as to obtain a number of recordings of the same scanning process. This is shown symbolically in FIG. 3 on the right-hand side for a second point in time t1. Furthermore, a film of the wave motion can be produced in a particularly expedient manner at the same time, whereas only the intensity can be detected in conventional scanning.

Durch das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel erfolgt keinesfalls eine Einschränkung der Erfindung. Vielmehr umfaßt die Erfindung auch andere Sensoren und es sei hier vor allem auf optische Verfahren hingewiesen. Ferner kann der Scanvorgang auf andere Weise realisiert werden, wobei insbesondere auf optisches und piezoelektrisches Scannen hingewiesen wird. Eine besonders attraktive Realisierungsvariante ist auch der Einsatz von Rasterkraftmikroskopen oder ähnlich aufgebauten Systemen zur Detektion der Oberflächenauslenkung über eine Spitze. Ferner muß die Oberfläche der Proben nicht eben ausgebildet sein, sondern es können problemlos auch andere Formen untersucht werden. Die aus der Form der Wellenbilder gewonnenen Informationen können Störungen aus Quellen sekundärer Wellen ebenso darstellen wie aus anderen Wellenpara metern, wobei an dieser Stelle vor allem auf die Wellenlänge, Phasengeschwin digkeit und Richtung des Energietransports verwiesen sei, um insbesondere auch die Charakterisierung von elastisch anisotropen Materialien zu ermöglichen. The exemplary embodiment explained above does not result in any Limitation of the invention. Rather, the invention includes others Sensors and it should be pointed out here in particular to optical methods. Further the scanning process can be implemented in another way, in particular reference is made to optical and piezoelectric scanning. A special one The use of atomic force microscopes is also an attractive implementation variant or similarly constructed systems for the detection of surface deflection over a tip. Furthermore, the surface of the samples does not have to be flat other shapes can be examined without any problems. The Information obtained from the shape of the wave images can cause interference Represent sources of secondary waves as well as from other wave pairs meters, whereby at this point mainly on the wavelength, phase velocity the direction and direction of energy transport, in particular also to enable the characterization of elastic anisotropic materials.

reference numeral

22nd

Probe
sample

44

Wandler
Converter

66

Scan-Manipulator
Scan manipulator

88th

Sensor
sensor

1010th

Rechner/Gerät
Computer / device

1212th

Leitung/Meßsignal
Line / measurement signal

1414

Leitung/Anregungssignal
Line / excitation signal

1616

kreisförmige Wellen
circular waves

1818th

reflektierte Wellenanteile
reflected wave components

2020th

Ultraschallwelle
Ultrasonic wave

2222

Oberfläche
surface

Claims

1. A method for imaging ultrasonic wave fields, in which

Ultrasound waves are periodically excited in the object to be tested,
- The object surface is scanned by means of a sensor, the active surface of which has an aperture whose linear extent is smaller than the ultrasound wavelength in the object to be checked and
- The recorded signals are digitized and stored, characterized in that
- Signals corresponding to the instantaneous values of the wave field are recorded at the scanning points of the object surface at predetermined times after the start of the respective ultrasonic excitation pulse and
- At least one image corresponding to a snapshot of the wave field is generated from the data of the stored signals.

2. The method according to claim 1, characterized in that the excitation of the Ultrasonic waves are carried out by a transducer or a laser pulse.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that from the the instantaneous value at the selected time is saved or that the respective complete time signals are saved from each point in space.

4. The method according to claim 3, characterized in that from the complete stored data, in particular by computing a number of Images, especially with a constant time interval, a film according to the waves spread is produced.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the generated Ultrasonic wave is of the type that it passes through, such as Rayleigh wave Surface or a layer sequence is performed.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the wavelength of the emitted or interesting ultrasound wave by suitable Choice of the excitation frequencies of a depth d of the expected material homogeneities is adjusted and / or that the frequency f at a speed of sound c at least approximately according to f = c / d.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the active Surface of the sensor has a linear expansion (a) less than λ / 2.

8. Apparatus for performing the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that an ultrasonic transducer ( 4 ) or a laser for excitation of ultrasonic waves and a scanning manipulator ( 6 ) with an ultrasonic sensor ( 8 ) or a non-contact optical sensor is provided.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the ultrasonic sensor is a piezoelectric or electrodynamic sensor, the aperture extension a to Achieving high effectiveness and spatial resolution is in the range λ / 10 <a <λ / 2.

10. Apparatus according to claim 8, characterized in that the ultrasonic wall ler ( 4 ) as a Rayleigh wave test head or a test head which generates other surface-guided waves, is formed, in particular the wave generation can also take place via interdigital transducers.

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that a device ( 10 ), in particular a computer, is provided, by means of which the measurement signals emitted by the sensor ( 8 ) are digitized and / or stored and / or by means of which at least an excitation pulse can be sent to the converter ( 4 ) and / or by means of which the manipulator ( 6 ) is controlled.