DE102004059441A1 - Verfahren zum Prüfen von Widerstandspunktschweißstellen mit zylindrisch rotierender Ultraschall-Phased-Array-Anordnung - Google Patents

Verfahren zum Prüfen von Widerstandspunktschweißstellen mit zylindrisch rotierender Ultraschall-Phased-Array-Anordnung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Ultraschall-Prüfbaueinheit mit einem Ultraschallwandler, der an einem Gestell angebracht ist, unter dem sich eine Trägerstruktur befindet. Die Trägerstruktur ist mit dem Gestell gekoppelt und die Trägerstruktur weist einen Innenraum auf, der mit einem Koppelmedium gefüllt ist. Der Wandler ist so ausgerichtet, dass er Ultraschallwellen durch das Medium überträgt. Ein Antriebsmechanismus dreht das Gestell oder die Trägerstruktur relativ zu dem anderen von Gestell und Trägerstruktur.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die zerstörungsfreie physikalische Prüfung und insbesondere entsprechende Vorrichtungen und Verfahren zur Ultraschallprüfung.
  • Das Widerstandspunktschweißen (RSW, engl.: resistance spot welding) wird für die Herstellung von Metallplatten-Baueinheiten verwendet. Der Prozess wird verwendet, um Komponenten aus kohlenstoffarmem Stahl zu verbinden, indem ein Potential über zwei Elektroden, die mit entsprechenden Komponenten verbunden sind, angelegt wird. Hochfester, schwach legierter Stahl, Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan und Kupferlegierungen werden ebenfalls häufig punktgeschweißt. RSW wird in einer Vielzahl von Anwendungen, die in der Kraftfahrzeugtechnik das Schweißen der Karosserien und der Fahrgestelle von Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Anhängern, Bussen, Wohnwagen, Wohnmobilen und Freizeitfahrzeugen enthalten sowie für das Verbinden von Gestellen, Büromöbeln, Lagerhauseinrichtungen und für viele weitere Produkte verwendet.
  • Das Widerstandspunktschweißen kann bei hohen Geschwindigkeiten ausgeführt werden und ist insbesondere nützlich für automatisierte Produktionsanlagen mit hohen Taktraten. Infolge der Komplexität des zu Grunde liegenden Prozesses erzeugt das RSW jedoch möglicherweise eine uneinheitliche Schweißqualität. Frühere Verfahren der Qua litätskontrollprüfung lagen traditionell auf dem Gebiet der zerstörenden Prüfung, um die Integrität des Schweißens physikalisch zu untersuchen. Eine derartige zerstörende Prüfung zerstört das Werkstück vollständig und verschwendet sowohl Ressourcen als auch Materialien, insbesondere bei umfangreichen Produktionsoperationen. Aufbruch- oder "Meißel"-prüfungen, die das Metall deformieren, werden außerdem verwendet. Obwohl die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung des RSW bekannt ist, ist sie bisher infolge der Notwendigkeit von gut ausgebildetem Bedienpersonal, der manuellen Geschicklichkeit, der Zuverlässigkeit von Schweißmaterialien und der Kosten ohne großen Erfolg verwendet worden.
  • Die Sicherstellung der Schweißqualität war und bleibt deswegen eine wesentliche Herausforderung und Hauptziel. Es gibt einen Bedarf an einer Ultraschall-Prüfvorrichtung, die ein schnelles, zuverlässiges und hochwertiges Verfahren zum Prüfen von kleinen Zielflächen gewährleistet, das weder unerschwinglich teuer noch vom Bedienpersonal abhängig ist.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Ultraschall-Prüfbaueinheit vor, die einen Ultraschallwandler umfasst, der an einem Gestell montiert ist. Die Baueinheit umfasst eine Trägerstruktur mit einem proximalen Ende, das an das Gestell angrenzt, und einem Anschlussende, das dem Gestell gegenüberliegt, wobei die Trägerstruktur einen Innenraum definiert, der mit einem Medium gefüllt ist, das Ultraschallwellen überträgt. Das Gestell und das proximale Ende der Trägerstruktur sind miteinander gekoppelt. Der Wandler ist so ausgerichtet, dass er Ultraschallwellen durch das Medium überträgt. Die Baueinheit umfasst einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Gestells relativ zu der Trägerstruktur oder der Trägerstruktur relativ zu dem Gestell.
  • Alternative bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine Ultraschall-Prüfbaueinheit zum Prüfen von Widerstandspunktschweißungen, die einen Hochfrequenz-Ultraschallwandler in linearer Phased-Array-Anordnung (engl.: high frequency linear phased array ultrasonic transducer) umfasst, der an ein Gestell montiert ist. Die Baueinheit umfasst eine Trägerstruktur mit einem proximalen Ende, das an das Gestell angrenzt, und einem Anschlussende, das dem Gestell gegenüberliegt und mit einem Zielobjekt der Widerstandspunktschweißung in Kontakt ist. Die Trägerstruktur definiert einen Innenraum, der mit einem Medium, das Ultraschallwellen überträgt, gefüllt ist. Der Wandler ist so angeordnet, dass er Ultraschallwellen durch das Medium auf den Zielschweißpunkt richtet. Das Gestell und das proximale Ende der Trägerstruktur sind miteinander gekoppelt. Die Baueinheit umfasst außerdem einen Antriebsmechanismus, um das Gestell relativ zu der Trägerstruktur drehen.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung, das die Positionierung einer Ultraschall-Erfassungsbaueinheit über einem Zielobjekt, das Kontaktieren des Anschlussendes der Erfassungsbaueinheit mit einer Oberfläche des Zielobjekts, das Aktivieren eines Ultraschallwandlers, um Ultraschallwellen durch das proximale Ende zu dem Zielobjekt zu übertragen, das Registrieren von Ultraschallwellen, die von dem Zielobjekt zu dem Wandler reflektiert werden, und das Bewegen des Wandlers relativ zu dem proximalen Ende, um den Wandler neu zu positionieren, umfasst.
  • Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden aus der genauen Beschreibung, die anschließend gegeben wird, deutlich. Es sollte klar sein, dass die genaue Beschreibung und die speziellen Beispiele, die die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, lediglich für Zwecke der Erläuterung dienen sollen und nicht vorgesehen sind, um den Umfang der Erfindung einzuschränken.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration mit horizontaler Abdichtung und einer Öffnung an einer Anschlussfläche zum ununterbrochenen Benetzen eines Zielobjekts mit einem Koppelmedium;
  • 2 eine genaue schematische Teilansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration mit horizontaler Abdichtung und einer undurchlässigen Membran an einer Anschlussfläche;
  • 3 eine schematische teilweise Draufsicht der in 2 gezeigten Ausführungsform ist; und
  • 4 eine genaue schematische Teilansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration mit vertikaler Abdichtung ist.
  • Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bzw. der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungsarten in keiner weise einschränken.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung zum Prüfen von Eigenschaften fester Oberflächen oder Ziel oberflächen einschließlich eines Verfahrens zum Prüfen sowie eine Prüfbaueinheit. Die Erfindung betrifft insbesondere gut geeignet für das zerstörungsfreie Prüfen der Integrität von Widerstandspunktschweißungen. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine Baueinheit für die Ultraschalldiagnose oder Ultraschallprüfung vor, die ein Gestell umfasst, das über einer Trägerstruktur positioniert ist. Die Trägerstruktur besitzt einen Innenraum, der mit einem Medium gefüllt ist, das Ultraschallwellen übertragen kann (d. h. ein Koppelmedium), das z. B. Wasser ist. Ein Ultraschallwandler ist so an dem Gestell angebracht, dass er einem proximalen Ende der Trägerstruktur gegenüberliegt, und ist so ausgerichtet, dass er Ultraschallwellen durch das Medium überträgt. Ein gegenüberliegendes Anschlussende der Trägerstruktur ist nahe an einem Zielobjekt positioniert (und berührt dieses vorzugsweise), das geprüft werden soll, indem es den ausgesendeten Ultraschallwellen ausgesetzt wird. Das Gestell und die Trägerstruktur sind durch eine Kupplung, wie etwa ein Haltering oder eine oder mehrere Befestigungseinrichtungen, miteinander verbunden. Ein Antriebsmechanismus dreht das Gestell oder die Trägerstruktur relativ zu dem jeweils anderen von Gestell und Trägerstruktur. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen dreht sich das Gestell relativ zu der Trägerstruktur. Bei den Anwendungen, bei denen das Zielobjekt eine Widerstandspunktschweißung ist, ist der Ultraschallwandler vorzugsweise ein Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit linearer Phased-Array-Anordnung. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden genauer beschrieben.
  • Mehrere Techniken der Abtastung und der Bildanzeige sind im Allgemeinen für die Ultraschallprüfung Standard geworden. Diese enthalten die "A-Abtastung" ("A-scan"), bei der ein fokussierter Strahl oder ein "stiftförmiger" Strahl auf das interessierende Objekt gerichtet wird. Die reflektierte Energie, d. h. "Echos" werden erfasst und durch eine "Spur" angezeigt, die die Amplitude des empfangenen Energiesignals auf der vertikalen Achse und die Zeit nach der Aussendung auf der horizontalen Achse darstellt, so dass der Abstand der Merkmale in der Spur von einem Rand der Anzeige die relative Tiefe der reflektierenden Schnittstellen angibt.
  • Strukturelle Informationen über das zu prüfende Material können erhalten werden, indem A-Abtastungen bei einer Reihe von nahe beieinander liegenden Punkten gesammelt werden und diese zum Bilden einer B-Abtastung kombiniert werden, wobei ein zweidimensionales Bild, d. h. ein Bild einer in Querrichtung geschnittenen "Scheibe" gebildet wird. Ein lang gestreckter Mehrelement-Wandler wird gewöhnlich verwendet, um eine Reihe von parallelen "stiftförmigen" Strahlen zu erzeugen, die durch nacheinander angewendete Techniken der Adressierung, der stufenweisen Abstimmung oder der physikalischen Steuerung fokussiert werden. "Linien", die der Energie entsprechen, die von den Elementen längs des Weges der aufeinander folgenden stiftförmigen Strahlen reflektiert wird, werden nebeneinander angezeigt, wobei sich die Helligkeit der Anzeige in Reaktion auf die Stärke des reflektierten Signals ändert. Die erzeugten Bilder entsprechen jeweils einer Schnittansicht oder einer zweidimensionalen "Scheibe", die sich in das darzustellenden Objekt erstreckt.
  • Die Ultraschall-Bilderzeugung erzeugt meist eine möglichst dünne Querschnitts-"Scheibe" durch das Zielobjekt, das von Interesse ist. Die Dicke der Scheibe begrenzt die Auflösung des Bildes. Techniken der Ultraschallbilddarstellung durch "B-Abtastung" können weiter verbessert werden, indem ein Bereich abgetastet wird, um genug Bilder zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes zu sammeln. Vorzugsweise werden mehrere unterschiedliche Positionen der Querschnitte oder der Scheiben verwendet, um ein umfassendes dreidimensionales Bild zu erzeugen.
  • Die Elemente oder die einzelnen Wandler in einer Anordnung sind so angeordnet, dass Ultraschallenergie in einem im Allgemeinen divergierenden, keilförmigen Muster ausgesendet wird, so dass jeder vorgegebene Bereich des zu prüfenden Objekts mit Energie von Elementen in jeder der Anordnungen "beleuchtet" wird. Die Wandlerelemente sind typischerweise aus einem piezoelektrischen Material gebildet und sind so konfiguriert und werden so betrieben, dass sie einen Strahl Ultraschallenergie mit gewünschter Strahlform aussenden, wenn sie durch geeignete elektrische Hochfrequenzsignale angeregt werden. Die gleichen Elemente (oder benachbarte Elemente aus einem im Allgemeinen ähnlichen Material und mit ähnlicher Konfiguration) liefern elektrische Signale in Reaktion auf die Erfassung von Echos in Reaktion auf die Erfassung der Ultraschallenergie nach der Reflexion an Grenzflächen zwischen Materialien mit unterschiedlicher Schallimpedanz in einem Objekt, dessen Struktur dargestellt werden soll.
  • Ein beliebiger Ultraschallwandler kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist ein Wandler mit linearer Phased-Array-Anordnung als Ultraschallwandler ausgewählt. Derartige Ultraschallwandler mit geradliniger gestaffelter Anordnung erzeugen lediglich eine Abtastung einer einzelnen Scheibe des Zielobjekts. Für eine erfolgreiche Prüfung muss die Baueinheit des Ultraschallwandlers mit linearer Anordnung mechanisch verschoben werden, um einen Zielbereich ausreichend abzutasten und abzudecken. Ferner wird dann, wenn die in einem Zielbereich zu erfassenden Merkmale verhältnismäßig klein sind, eine bessere Bilddarstellung durch Ultraschallwandler mit höherer Frequenz erreicht. Bei der Optimierung des Entwurfs von Baueinheiten, die derartige lineare Phased-Array-Anordnungen enthalten, sollen diese möglichst klein, leicht, robust und abdichtbar herge stellt werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen, bei denen die Prüfung für Widerstandspunktschweißungen ausgeführt wird, nimmt das bevorzugte Verfahren der Abtastung eine Reihe von linearen Abtastungen oder Scheiben an mehreren Positionen unter unterschiedlichen Drehwinkeln mit einem Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit linearer Phased-Array-Anordnung auf. Früher erfolgte eine derartige Abtastung lediglich translatorisch längs einer Achse, die senkrecht zu der Anordnungsachse und parallel zu der zu prüfenden Oberfläche verläuft. Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, die Wandleranordnung zu drehen, während die restlichen Teile der Baueinheit (d. h. die Trägerstruktur) feststehend bleiben, ohne die Notwendigkeit einer physikalischen Verschiebung in mehreren Richtungen, wie später erläutert wird.
  • Eine Ultraschall-Prüfbaueinheit 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Baueinheit 20 umfasst eine Trägerstruktur 22, die durch einen Innenraum 24 definiert ist. Ein Gestell 26 ist über der Trägerstruktur 22 positioniert. Ein Ultraschallwandler 30 mit linearer Phased-Array-Anordnung ist an dem Gestell 26 angebracht. Die Trägerstruktur 22 besitzt ein proximales Ende 32 und ein Anschlussende 34. Das proximale Ende 32 befindet sich angrenzend an das Gestell 26 und das Anschlussende 34 befindet sich angrenzend an eine Oberfläche eines Zielobjekts 38, das durch die Ultraschallbaueinheit 20 geprüft und/oder untersucht werden soll. Die Trägerstruktur 22 definiert einen offenen Innenraum 24. Der Hohlraum des Innenraums 24 wird von einer (nicht gezeigten) Quelle des Koppelmediums vollständig gefüllt, das die Ausbreitung von Ultraschallwellen unterstützt, ohne den Betrieb des Ultraschallwandlers 30, der an dem Gestell 26 angebracht ist, unzulässig zu stören.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration mit horizontaler Abdichtung gezeigt. Das proximale Ende 32 der Trägerstruktur 22 endet in einer Umfangslippe oder einem Umfangskranz 40 mit einer oberen horizontalen Oberfläche 42, die das Gestell 26 berührt. Das Gestell 26 umfasst eine Dichtflanschplatte 44, die den Kranz 40 berührt und vorzugsweise einen flüssigkeitsdichten Kontakt mit dem Kranz 40 schafft, um zwischen ihnen eine Flüssigkeitsverbindung zu verhindern.
  • Die Trägerstruktur 22 und das Gestell 26 sind durch eine Kupplung miteinander verbunden, die für die vorliegende Erfindung geeignet ist, wie einem Fachmann bekannt ist. Wie gezeigt ist, umfasst die Kupplung einen Haltering 50, der längs des Umfangs des Flansches 44 des Gestells 26 und des Kranzes 40 der Trägerstruktur 22 anliegt. Befestigungseinrichtungen, wie etwa (gezeigte) Schrauben 52 oder Niete, können den Haltering 50 zusätzlich an dem Kranz 40 befestigen. Das Gestell 26 umfasst ferner den Ultraschallwandler 30, der durch ein Vergussmaterial 54 an dem Flansch 44 befestigt ist. Ein innerer Umfang 58 des Halterings 50 umfasst einen Zahnkranz 60. Ein Antriebsmechanismus, wie etwa ein Antriebsmotor 62, ist an einem Ritzel 64 befestigt, das sich in dem Zahnkranz 60 dreht, um eine rotatorische Verschiebung des Gestells 26 relativ zu einer feststehenden Trägerstruktur 22 zu schaffen.
  • Ein Speisekabel 68 ist gezeigt, das an dem Gestell 26 befestigt ist. Das Speisekabel 68 enthält eine elektrische Leitung 70, die eine Leistungsversorgung 72 mit dem Wandler 30 und mit dem Antriebsmotor 62 verbindet. Das Speisekabel 68 kann außerdem eine Koppelmedium-Zufuhrleitung 74 enthalten, die mit einer Koppelmedium-Versorgungsquelle 76 verbunden ist, wenn das Koppelmedium in dem Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 nachgefüllt werden muss, wie später genauer erläutert wird.
  • Am Anschlussende 34 der Trägerstruktur 22 sind an einer Anschlussfläche 82 der Trägerstruktur 22 Trägerschenkel 80 angeordnet. Die Trägerschenkel 80 positionieren die Baueinheit 20 und hängen diese über der Zieloberfläche 38 auf und schützen die Oberfläche 38 und die Baueinheit 20 von möglichen Beschädigungen. Die Anschlussfläche 82 der Trägerstruktur 22 am Anschlussende 34 umfasst vorzugsweise wenigstens teilweise ein flexibles oder elastisches Material, das vorstehen kann, wenn es dem Druck ausgesetzt ist, der von dem Koppelmedium in dem Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 ausgeübt wird. Somit steht in bevorzugten Ausführungsformen die Anschlussfläche 82 in dem Umfang vor, dass sie die Zieloberfläche 38 berührt und eine verbesserte Grenzfläche zum Prüfen des Zielobjekts mit Ultraschallwellen schafft.
  • Eine genauere Ansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist in 2 gezeigt. Das Gestell 26 ist an dem proximalen Ende 32 über der Trägerstruktur 22 positioniert und umfasst den Flansch 44, an dem der Ultraschallwandler 30 mit linearer Phased-Array-Anordnung angebracht ist. Der Wandler 30 umfasst mehrere Elemente 90 und ist an dem Flansch 44 durch das Vergussmaterial 54 befestigt, das eine feste Flüssigkeitsdichtung schafft, die dazu dient, den Wandler 30 an der gewünschten Stelle zu positionieren und zu befestigen. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Wandler 30 mit dem in dem Innenraum 24 befindlichen Koppelmedium in direktem Kontakt. Der Flansch 44 berührt die obere horizontale Oberfläche 42 des Kranzes 40 der Trägerstruktur 22. In bevorzugten Ausführungsformen ist zwischen dem Gestell 26 und der Trägerstruktur 22 eine flüssigkeitsdichte Dichtung ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Kranzabschnitt 40 der Trägerstruktur 22 einen kreisförmigen hohlen Kanal, der in dem gesamten Kranz 40 umläuft und in dem ein unterer O-Ring 92 ange ordnet ist, der eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 durch den Flansch 44 zu der Umgebung der Baueinheit 20 verhindert. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch jede Konfiguration von Dichtungen vorstellbar, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenraum 24 und der Umgebung der Baueinheit 20 verhindert. Die Anzahl und die Konfiguration von Dichtungen hängt von dem Typ des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Koppelmediums ab und kann variieren, wie durch einen Fachmann erkannt wird.
  • Der Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 besitzt vorzugsweise eine kegelstumpfartige zylindrische Form, um den Wandler 30 mit gestaffelter Anordnung an dem proximalen Ende 32 aufzunehmen, während der Abstand und die Form von Ultraschallstrahlen, die von dem Wandler 30 ausgesendet werden, optimiert werden. Der größere Umfang an dem proximalen Ende 32 stimmt mit der Größe des Wandlers 30 mit gestaffelter Anordnung überein, der im Allgemeinen die größte Komponente in der Baueinheit 20 darstellt. Der kleinere Umfang der Trägerstruktur 22 befindet sich am Anschlussende 34 und ist optimal so klein wie möglich, damit die Baueinheit 20 und die Anschlussfläche 82 für eine Prüfung in enge, kleine und/oder schmale Bereiche navigiert werden können, während trotzdem ein ausreichender Bereich der Anschlussfläche 82 für eine Verbindung mit den Zielobjekten verbleibt. Der Abstand der Trägerstruktur 22, gemessen von dem proximalen Ende 32 zu dem Anschlussende 24 stimmt im Allgemeinen mit dem optimalen Abstand zwischen dem Wandler 30 und dem Zielobjekt überein, um diesen Abstand und die Größe der Vorrichtung minimal zu machen, wobei der Strahl auf die Zielfläche 38 ausreichend fokussiert wird.
  • Die Merkmale, die zum Festlegen des optimalen Abstands relevant sind, sind einem Fachmann bekannt. Wenn der Gesamtabstand zu klein ist, ist der Strahl sehr eng fokussiert und divergiert rasch. Der Bündelungsabstand am Brennpunkt wird als "Arbeitsabstand" bezeichnet. Wenn der Wassersäulen-Abstand zu groß ist, wird der Prüfkopf sehr groß und unhandlich und die Größe des Brennpunkts nimmt zu. Ein Abstand zwischen etwa 15 mm und etwa 30 mm ist ein bevorzugter Abstand für die Wandler 30 in der Baueinheit 20 der vorliegenden Erfindung. Im Idealfall muss der Arbeitsabstand bei allen Wandlern wenigstens das Zweifache der maximalen Dicke des zu untersuchenden Objekts betragen. Wenn die Ultraschalldämpfung verwendet wird, um die Schweißung zu bewerten, sollte der Arbeitsabstand wenigstens das Dreifache der Schweißdicke betragen, um wenigstens zwei Rückwandreflexionen zu ermöglichen, während im Wesentlichen das gleiche Volumen durchlaufen wird.
  • Die Länge der Anordnung und somit der Durchmesser der Vorrichtung sollten ausreichend groß sein, damit Untersuchungsmaterial außerhalb der Schweißlinse eingeschlossen ist. Das schafft Referenzbereiche außerhalb des geschweißten Materials, um eine geeignete Sondenausrichtung sicherzustellen. Ein zusätzlicher Bereich ist außerdem für eine Strahlerzeugung der aus mehreren Elementen bestehenden gestaffelten Anordnung erforderlich. Um eine Länge von wenigstens 20 mm abzudecken, liegt die Gesamtgröße des Wandlers im Allgemeinen bei etwa 25 mm am proximalen Ende 32 der Trägerstruktur 22.
  • Die Konstruktionswerkstoffe der Trägerstruktur 22 können entweder lichtundurchlässige oder lichtdurchlässige Materialien enthalten. Lichtdurchlässige Werkstoffe können bei Bedarf Vorteile bei der Positionierung der Baueinheit 20 über der Zielfläche 38 schaffen. Jeder haltbare Konstruktionswerkstoff, der mit dem in dem Innenraum 24 enthaltenen Koppelmedium chemisch kompatibel ist, kann verwendet werden. Bevorzugte Werkstoffe enthalten Edelstahl, Messing oder leichte Kunststoffe, wie etwa Acryle, Polyester, Epoxide, Polycarbonate, Polystyrene, Polypropylene, Nylon und dergleichen. Konstruktionswerkstoffe für den Flansch 44 des Gestells 26 können außerdem alle Werkstoffe sein, die mit dem ausgewählten Koppelmedium kompatibel sind und sind vorzugsweise leichte Werkstoffe, wie etwa die für die Trägerstruktur 22 verwendeten Kunststoffe.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, die Größe und das Gewicht der Ultraschallprüf-Baueinheit 20 minimal zu machen, während die Qualität der erzeugten dreidimensionalen Bilder optimiert wird. Verschiedene Faktoren werden verwendet, um den Aufbau der Baueinheit 20, der sich um die Auswahl des Wandlers 30 dreht, zu optimieren. Diese Faktoren, die bei der Auswahl des Ultraschallwandlers 30 berücksichtigt werden, enthalten: die Kosten, die Ultraschallfrequenz des Wandlers 30, der Abstand des Wandlers 30 zur Oberfläche 38, die Gesamtanzahl der Wandlerelemente 90, der Abstand zwischen den Elementen 90, die Anzahl von Elementen 90, die gleichzeitig aktiviert werden, die seitliche Abmessung der Elemente 90 und die Verwendung einer zylindrischen Linse.
  • Wie einem Fachmann bekannt ist, bestimmen die Breite der Anordnung und zusätzliche Fokussierungseinrichtungen die Dicke jeder Bildscheibe. Zur Einfachheit und Kosteneinsparung enthält eine bevorzugte Ausführungsform eine eindimensionale (lineare) Anordnung von Elementen mit einer seitlichen Abmessung von etwa 4 mm, wobei eine zylindrische Linse über der Anordnung angeordnet ist, wobei die Achse der Linse längs der Abtastachse der linearen Anordnung verläuft. In alternativen bevorzugten Ausführungsformen könnte eine derartige Fokussierung des Strahls des Ultraschallwandlers außerdem durch die Verwendung einer zweidimensionalen Anordnung mit lediglich drei Reihen aus Elementen realisiert werden, wobei die äußeren Reihen stufenweise eingestellt sind, um den Strahl zu fokussieren. Andere Anordnungen (mit oder ohne Linsen) sind außerdem für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Es ist vorzuziehen, einen verhältnismäßig engen Brennpunktbereich zu erzeugen, der durch mehrere Reflexionen in dem Zielobjekt gebündelt ist, was einen verhältnismäßig gleichförmigen Abtastbereich für jeden Brennpunktbereich erzeugt. Typische Widerstandspunktschweißlinsen liegen im Bereich von etwa 3,5 mm bis 6,5 mm, wobei die Bleche eine Dicke zwischen etwa 0,6 mm und 4,0 mm aufweisen. Für diese Durchmessermessung ist lediglich eine mittlere Auflösung erforderlich, etwa 15 % der minimalen erwarteten Größe. In diesem Fall sollte die Anordnung in der Lage sein, einen Bereich von etwa 20 mm abzutasten und eine Tiefenauflösung von etwa 15 % der minimalen Blechdicke (z. B. 0,1 mm) besitzen. Für Stahl sollte deswegen der Wandler 30 eine Frequenz zwischen 15 und 30 MHz besitzen (d. h. Hochfrequenz-Ultraschallwellen), um die benötigte räumliche Tiefenauflösung zu erreichen.
  • Deswegen ist ein bevorzugter Ultraschallwandler, der für eine Verwendung bei der Ultraschall-Bilderzeugung von Widerstandspunktschweißnähten geeignet ist, eine geradlinige gestaffelte Hochfrequenz-Anordnung mit einer Frequenz zwischen etwa 15 und 30 MHz oder größer. Eine Frequenz, die größer als etwa 17 MHz ist, ist besonders bevorzugt. Eine bevorzugte Wandleranordnung 30 zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung besitzt wenigstens 64 Elemente bei einer Schrittweite von 0,3 mm, wobei jedes Element eine Länge von 3 mm und eine zylindrische Linse (die im Allgemeinen bevorzugt ist) aufweist, wie etwa die geradlinigen gestaffelten Hochfrequenz-Anordnungen, die mit Steuereinheiten kommerziell verfügbar sind, wie etwa die Steuereinheit Omnisan mit PA-Sonden oder die Steuereinheit TomoScan mit PA-Sonden, die beide von R/D Tech, Quebec, Kanada zur Verfügung stehen. Der Strahl besitzt bei einem Arbeitsabstand von 25 mm gute Eigenschaften und deswegen besitzt die Trägerstruktur eine Länge von 25 mm, die diesem Arbeitsabstand entspricht. Obwohl die oben genannten Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit linearer Phased-Array-Anordnung nicht auf die Anwendbarkeit bei der vorliegenden Erfindung beschränkt sind, ist ermittelt worden, dass die oben genannten Beispiele die Größe, das Gewicht und die Kosten optimieren, wenn die Baueinheit kleine Zielobjekte prüft, wie etwa Widerstandspunktschweißstellen.
  • Wie oben erläutert wurde, ist der Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 vorzugsweise mit einem Koppelmittel gefüllt, das geeignet ist, Ultraschallwellen ohne Beeinträchtigungen oder Störungen zu übertragen. Ultraschallwellen werden durch Luft stark gedämpft, es ist deswegen bevorzugt, dass ein flüssiges oder festes Koppelmedium zwischen dem Wandler 30 und dem Zielbereich 38 angeordnet ist. Da die meisten festen Elastomere ebenfalls hochfrequenten Ultraschall dämpfen, werden sie lediglich als dünne Membrane oder Diaphragmas verwendet. Feste Elastomer-Polymere, die als Koppelmittel geeignet sind, sind weiche hydrophile Polymere und Latexe. Wasserbasierte Gele, wie etwa Sol-Gele oder Polyacrylamid-Gele, sind außerdem geeignete Koppelmittel. Ein bevorzugtes Koppelmedium für die vorliegende Erfindung ist flüssiges Wasser. Die Auswahl der Koppelmedien hängt von der Auswahl der Dichtungskonfiguration an der Anschlussfläche 82 und den Abriebeigenschaften der zu untersuchenden Schweißstellen ab.
  • Eine Grenzfläche 100 zwischen der Anschlussfläche 82 und der Oberfläche 38 des Zielobjekts kann in zwei alternativen bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen sein. In der ersten Konfiguration, die in 2 gezeigt ist, ist eine Anschlussöffnung 102 an dem Anschlussende 34 durch eine Membran 106 abgedichtet, die aus einem flexiblen oder elasti schen Material aufgebaut ist. Das Material der Membran 106 ist flexibel oder nachgiebig und für Ultraschallwellen durchlässig. Ein bevorzugtes Membranenmaterial ist eine Latexmembran. Die Membran 106 verhindert eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenraum und der Umgebung der Trägerstruktur 22. Es sollte angemerkt werden, dass bei der vorliegenden Konfiguration keine Notwendigkeit der ununterbrochenen Zufuhr von Koppelmedium an die Baueinheit 20 während des Betriebs besteht, wodurch die Notwendigkeit beseitigt ist, die Baueinheit 20 über eine Versorgungsleitung, die mit einer Versorgungsquelle verbunden ist, anzuschließen (74 verbunden mit 76 in 1). Das Koppelmedium kann statt dessen bei Bedarf während einer betriebsbedingten Ausfallzeit aufgefüllt werden.
  • Die Membran 106 steht infolge des Drucks, der durch das in dem Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 befindliche Koppelmedium ausgeübt wird, an der Anschlussfläche vor. In bevorzugten Ausführungsformen, bei denen eine Membran 106 an dem Anschlussende 34 angeordnet ist, um die Anschlussöffnung 102 abzudichten, steht die Anschlussfläche 82 in dem Umfang vor, wie sie die Zieloberfläche 38 berührt und schafft eine bessere Grenzfläche 100, indem sie ein im Wesentlichen ununterbrochenes Koppelmedium zum Prüfen des Zielobjekts 38 mit Ultraschallwellen schafft. Es ist außerdem möglich, ein zusätzliches Koppelmedium außerhalb der Membran 106 anzuwenden, um die Grenzfläche 100 während des Betriebs bei Bedarf zu verbessern.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist eine Anschlussöffnung 102a in einer offenen Konfiguration oder sie ist eine offene "Träufeleinrichtung", die in der Technik bekannt ist. Das Koppelmittel wird langsam und ununterbrochen durch die offene Anschlussöffnung 102, die einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser besitzt, um die Koppelmittelströmung zu steuern und minimal zu machen, auf die Zieloberfläche geträufelt. Sei einer derartigen Ausführungsform sind Wasser oder andere flüssige Koppelmittel wegen einer verhältnismäßig geringen Viskosität, die eine ununterbrochene Strömung ermöglicht, als Koppelmedium bevorzugt. Die Strömung von Wasser erzeugt eine Koppelmediumschicht 110 auf der Zieloberfläche 38, die die erforderliche Koppelmittel-Grenzfläche 100 mit der Anschlussfläche 38 erzeugt. Die Anschlussöffnung 102 der Träufeleinrichtung kann in einer Membran aus ähnlichem nachgiebigen und flexiblen Material hergestellt sein wie das oben für die Konfiguration mit der undurchlässigen Membran beschriebene Material, wobei es eine Strömung des Koppelmediums aus der Baueinheit 20 auf die Oberfläche 38 des Zielobjekts ermöglicht. Das Speisekabel 68, das an der Baueinheit 20 befestigt ist, wie oben beschrieben wurde, füllt das Koppelmedium in dem Innenraum 24 der Trägerstruktur 22 nach, wenn die Träufeleinrichtung in Betrieb ist, und wird in Verbindung mit einer (nicht gezeigten) kleinen Versorgungspumpe betrieben. Die Öffnung 102a kann, obwohl das nicht gezeigt ist, abgedichtet sein, wenn die Baueinheit 20 nicht verwendet wird, indem das Anschlussende 34 und die Anschlussfläche 82 mit einer vorübergehenden undurchlässigen Schicht, wie etwa eine Kunststoffkappe, bedeckt oder abgedichtet wird, wie von einem Fachmann erkannt wird.
  • Wie in den 2 und 3 allgemein gezeigt ist, koppelt der Haltering 50 das Gestell 26 mit der Trägerstruktur 22, indem sie zusammengeklemmt werden. Der Haltering 50 umfasst ferner den festen Zahnkranz 120 längs eines inneren Umfangs 122 des Halterings 50, der mit dem Ritzel 64 in Eingriff gelangt, das mit dem Antriebsmotor 62 verbunden ist, um das Gestell 26 relativ zu der darunter liegenden Trägerstruktur 22 zu drehen, wodurch eine Ultraschallabtastung an mehreren Drehpositionen ermöglicht wird. Das Ritzel 64 des Antriebsmotors 62 durchläuft den fes ten Zahnkranz 120 an Umfangsseiten 124 des Gestells 26 und ermöglicht somit eine Rotationsbewegung. Obwohl nicht dargestellt, sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls bei einer Ausführungsform anwendbar ist, bei der sich die Trägerstruktur 22 dreht, während das Gestell 26 feststehend ist. Bei einer derartigen Ausführungsform würde der Zahnkranz die darunter befindliche Trägerstruktur drehen, während sich das Gestell mit dem Antriebsmotor drehfest wäre. Eine weitere Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, besteht darin, dass der Haltering ferner eine Schutzkappe oder eine Abdeckung umfasst, die das gesamte Gestell 26 sowie deren mehrere Komponenten umgibt. Eine kleine Öffnung würde den Eintritt des Speisekabels ermöglichen. Alternativ könnte die Abdeckung an der Speiseleitung befestigt sein und einen kleinen Spalt freilassen, damit sich das Gestell drehen kann.
  • Die Prüfanforderungen für das Zielobjekt 38 legen die Anzahl der erforderlichen schichtförmigen Abtastungen fest. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Wandler 30 z. B. gedreht werden und beginnend bei 0°; 45°; 90° und schließlich bei 135° abtasten, wobei er effektiv den gesamten kreisförmigen Bereich über dem Zielobjekt abtastet. Gemäß der vorliegenden Erfindung muss sich das Gestell 26 ferner lediglich um ±90° drehen, um eine kreisförmige Spannweite von insgesamt 180° zu erreichen, während sich der Wandler 30 über den Durchmesser des Gestells 26 erstreckt und einen vollständigen 360°-Bereich abdeckt. Das Gestell kann in einem beliebigen erforderlichen Umfang gedreht werden, indem der Wandler 30 und das Gestell 26 dementsprechend konfiguriert werden, es ist jedoch vorzuziehen, dass die Drehung lediglich 180° beträgt, um einen kompakteren Aufbau zu ermöglichen, wenn sich der Wandler zum Umfang des Flansches 44 erstrecken kann.
  • Der Kranz 40 kann optional mehrere Laufbahnen 130 oder Kanäle für die Aufnahme von Lagern, wie etwa Nadellager oder Lagerringe, aufweisen, die eine verringerte Reibung erzeugen, wenn sich der Flansch 44 gegenüber dem feststehenden Haltering 50 und dem Kranz 40 dreht. Zusätzliche Laufbahnen können sich optional in dem Haltering 50 befinden, wie mit den Bezugszeichen 94 und 96 angegeben ist, um zusätzliche Lager aufzunehmen, wie etwa Kugel-, Nadel- oder Ringlager, um den Verschleiß durch Reibung weiter zu verringern. Die Lager dienen ferner dazu, die Position des Motorkopfes 62 und des Ritzels 64 zu zentrieren. Der Haltering 50 kann außerdem verschiedene Befestigungseinrichtungen (52, siehe 1) aufweisen, die sich durch oder über den Kranz 40 erstrecken, um den Haltering 50 an dem Kranz 40 zu befestigen (siehe 1).
  • Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die in 4 gezeigt ist, sind der Haltering 50a und die Dichtungskonfiguration in einer vertikalen Ausrichtung im Vergleich zu der horizontalen Konfiguration der vorherigen Ausführungsform. Das Gestell 26a besitzt eine umfängliche vertikale Dichtkante 132 mit einem darin befindlichen Kanal oder Nut, der bzw. die eine Dichtung 134 des Typs O-Ring hält. Die darunter befindliche Trägerstruktur 22a besitzt eine übereinstimmende vertikale kreisförmige Innenfläche 136, die den Dichtrand 132 des Gestells berührt, wenn das Gestell 26a und die Trägerstruktur 22a gekoppelt sind. Die O-Ring-Dichtung 134 bildet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Gestell 26a und der Trägerstruktur 22a. Der äußere Umfang des proximalen Endes 32 der Trägerstruktur 22 weist mehrere darin ausgebildete Gewinde 138 auf. Der Haltering 50a besitzt selbst eine innere Umfangsfläche 140, die den feststehenden Zahnkranz umfasst. Ein unterer Umfangsbereich 142 des Halterings 50a weist mehrere Gewinde 144 auf, die an den mehreren Gewinden 138, die im inneren Umfang der Trägerstruktur 22a ausgebildet sind, in Eingriff gelan gen. Der Haltering 50a kann somit mit der Trägerstruktur 22a durch Gewinde verbunden oder auf diese geschraubt werden und klemmt das Gestell 26a an der Trägerstruktur 22a fest, wodurch diese aneinander befestigt werden. Die vorliegende Ausführungsform funktioniert ansonsten in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung eines Zielobjekts. Das Verfahren umfasst das Positionieren einer Ultraschallerfassungsbaueinheit über die Zieloberfläche. Ein proximales Ende der Erfassungsbaueinheit ist mit der Zieloberfläche in Kontakt. Ein Ultraschallwandler sendet Ultraschallwellen durch das proximale Ende zu dem Zielobjekt. Die Ultraschallwellen, die von dem Zielobjekt reflektiert werden, werden in dem Wandler registriert. Der Wandler wird schließlich verschoben, um den Wandler neu zu positionieren. An der neuen Position wird eine weitere Abtastung in der gleichen Weise, die oben beschrieben wurde, wiederholt. Dieses Verfahren kann mehrfach wiederholt werden, um eine Vielzahl von Querschnitten durch B-Abtastung zu erzeugen, die zusammengesetzt werden können, um ein dreidimensionales Bild des Zielobjekts zu erzeugen.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verschieben das Drehen des Wandlers relativ zu dem proximalen Ende, wobei das Drehen durch einen Antriebsmechanismus ausgeführt wird, um den Wandler in Drehrichtung neu zu positionieren. Außerdem umfasst das Positionieren vorzugsweise das Positionieren des Wandlers relativ zu einer ersten Fläche des Zielobjekts. Der Wandler wird verschoben, um ihn zu einer zweiten Fläche des Zielobjekts, wobei die zweite Fläche von der ersten Fläche verschieden ist, vorzugsweise in einer anderen Drehposition neu zu positionieren, um die Vielzahl von Querschnittabtastungen zu erzeugen.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verschieben des Wandlers ausgeführt, während der Kontakt zwischen der Anschlussfläche der Trägerstruktur und dem Zielobjekt aufrechterhalten wird. In alternativen bevorzugten Ausführungsformen kann der Wandler, während er verschoben wird, von der Zieloberfläche abgehoben werden. Nachdem der Wandler an eine neue Position verschoben wurde, wird der Kontakt zwischen dem Anschlussende und dem Zielobjekt wiederhergestellt.
  • Die Drehbewegung der vorliegenden Erfindung schafft mehrere Vorteile gegenüber der herkömmlichen translatorischen Abtastung, die bei geradlinigen gestaffelten Anordnungen verwendet wird. Die Baueinheit kann (um einen Faktor von etwa
    Figure 00210001
    ) kompakter sein, da sie die Notwendigkeit eliminiert, die Ecken eines rechteckigen Bildes abzudecken, die im Allgemeinen keine nützlichen Informationen enthalten. Zweitens verwenden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die direkte Drehbewegung eines Motors ohne die Notwendigkeit der Umsetzung der Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung (d. h. es werden Mechanismen aus Kugel und Spindel bzw. Zahnstange und Ritzel sowie Halteführungen eliminiert). Ferner ist eine kreisförmige Baueinheit einfacher abzudichten als rechteckig geformte Vorrichtungen. Ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der verbesserten Ultraschallprüfung, die die Abtastfläche bei einer kompakten und robusten Baueinheit optimiert, um die Verwendung der genauen zerstörungsfreien Prüfung für die Qualitätskontrolle zu ermöglichen.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Ultrascha11-Prüfbaueinheit mit einem Ultraschallwandler, der an einem Gestell angebracht ist, unter dem sich eine Trägerstruktur befindet. Die Trägerstruktur ist mit dem Gestell gekoppelt und die Trägerstruktur weist einen Innenraum auf, der mit einem Koppelmedium gefüllt ist. Der Wandler ist so ausgerichtet, dass er Ultraschallwellen durch das Medium überträgt. Ein Antriebsmechanismus dreht das Gestell oder die Trägerstruktur relativ zu dem anderen von Gestell und Trägerstruktur.

Claims (22)

  1. Ultraschall-Prüfbaueinheit, die umfasst: einen Ultraschallwandler, der an einem Gestell angebracht ist; eine Trägerstruktur mit einem proximalen Ende, das an das Gestell angrenzt, und einem Anschlussende, das dem Gestell gegenüberliegt, wobei die Trägerstruktur einen Innenraum definiert, der mit einem Medium gefüllt ist, das Ultraschallwellen überträgt; wobei das Gestell und das proximale Ende der Trägerstruktur miteinander gekoppelt sind und der Wandler so ausgerichtet ist, dass er Ultraschallwellen durch das Medium überträgt; und einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Gestells relativ zu der Trägerstruktur oder der Trägerstruktur relativ zu dem Gestell.
  2. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gestell relativ zu der Trägerstruktur dreht.
  3. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Wasser ist.
  4. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler so angeordnet ist, dass er Ultraschallwellen durch das Medium zu dem Anschlussende und dann zu einem Ziel richtet.
  5. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel eine Widerstandspunktschweißverbindung ist.
  6. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum in der Trägerstruktur einen Abstand von dem proximalen Ende zu dem Anschlussende hat, der die Form eines von dem Wandler ausgesendeten Ultraschallstrahls optimiert.
  7. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell und die Trägerstruktur durch eine Koppeleinrichtung miteinander gekoppelt sind, die eine Dichtung umfasst, die ein Lecken von Flüssigkeit von dem proximalen Ende des Innenraums zu einer Umgebung der Baueinheit verhindert oder zumindest minimal macht.
  8. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt des Anschlussendes mit einem Ziel in Kontakt ist.
  9. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende durch eine Dichtung gegen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenraum und der Umgebung der Baueinheit im Wesentlichen abgedichtet ist.
  10. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung des Anschlussendes eine Membran aus einem nachgiebigen Polymer-Material umfasst.
  11. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt der Membran mit einem Ziel in direktem Kontakt ist.
  12. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende eine Öffnung aufweist, um eine kleine ununterbrochene Strömung zu ermöglichen, die einen ununterbrochenen Weg des Mediums von dem Anschlussende zu einem Ziel bildet.
  13. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell durch einen Haltering mit der Trägerstruktur gekoppelt ist, wobei der Haltering einen inneren Umfang mit einem Zahnkranz aufweist und der Antriebsmechanismus ein Ritzel umfasst, das längs des Zahnkranzes verläuft, um eine Drehbewegung des Gestells relativ zu der Trägerstruktur vorzusehen.
  14. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler ein Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit linearer Phased-Array-Anordnung ist.
  15. Ultraschall-Prüfbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur eine Länge von weniger als etwa 25 mm aufweist.
  16. Ultraschall-Prüfbaueinheit zum Prüfen von Widerstandspunktschweißstellen, die umfasst: einen Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit linearer Phased-Array-Anordnung, der an einem Gestell angebracht ist; eine Trägerstruktur mit einem proximalen Ende, das an das Gestell angrenzt, und einem Anschlussende, das dem Gestell gegenüberliegt und mit einem Widerstandspunktschweißstellenziel in Kontakt ist, wobei die Trägerstruktur einen Innenraum definiert, der mit einem Medium gefüllt ist, das Ultraschallwellen überträgt, wobei der Wandler so angeordnet ist, dass er Ultraschallwellen durch das Medium zu dem Punktschweißstellenziel leitet, wobei das Gestell und das proximale Ende der Trägerstruktur miteinander gekoppelt sind; und einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Gestells relativ zu der Trägerstruktur.
  17. Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung, das die folgenden Schritte umfasst: Positionieren einer Ultraschallerfassungsbaueinheit über einem Ziel; Kontaktieren eines Anschlussendes der Erfassungsbaueinheit mit einer Oberfläche des Ziels; Aktivieren eines Ultraschallwandlers, um Ultraschallwellen über das proximale Ende zu dem Ziel zu übertragen; Registrieren von Ultraschallwellen, die von dem Zielobjekt zu dem Wandler reflektiert werden; und Bewegen des Wandlers relativ zu dem proximalen Ende, um den Wandler neu zu positionieren.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen ein Drehen des Wandlers relativ zudem proximalen Ende umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen durch einen Antriebsmechanismus ausgeführt wird, um den Wandler in Drehrichtung neu zu positionieren.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren ein Positionieren des Wandlers relativ zu einer ersten Fläche des Ziels enthält und das Bewegen eine Neupositionierung des Wandlers auf eine zweite Fläche des Ziels in Bezug auf die erste Fläche enthält.
  21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen ausgeführt wird, während ein Kontakt zwischen der Anschlussfläche und dem Zielobjekt aufrechterhalten wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bewegen der Kontakt zwischen dem Anschlussende und dem Zielobjekt wiederhergestellt wird.
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