Bezeichnung : Ultraschall-KoppelmittelName: Ultrasonic coupling agent
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Koppelmittel für das Ausfüllen eines Spaltes zwischen einem zu untersuchenden Objekt und einem Ultraschall-Prüfkopf, der relativ zur Oberfläche des Objekts bewegbar ist, wobei das Koppelmittel eine gelförmige bis flüssige Kon¬ sistenz aufweist. Ultraschall-Koppelmittel sollen sicherstellen, daß sich zwischen dem Prüfkopf und dem zu untersuchenden Objekt keine un¬ gewollten Einschlüsse, insbesondere keine Luftblasen befinden. Durch Luftblasen würde die Schallausbreitung erheblich verändert, Luftblasen könnten Fehler im Objekt vortäuschen, die tatsächlich nicht vorhanden sind.The invention relates to an ultrasonic coupling means for filling a gap between a to be examined object and an ultrasonic test head, which is movable relative to the surface of the object, wherein the coupling means comprises a gel to liquid Kon ¬ consistency. Ultrasonic coupling agent should ensure that there are between the probe and the intended object to be examined not un ¬ inclusions, in particular air bubbles. Air bubbles would significantly change the propagation of sound, air bubbles could simulate errors in the object that actually do not exist.
Von der Anmelderin wird ein Koppelmittel der eingangs genannten Art angeboten, das aus Wasser, Glykol und Wirkstoffen zusammengesetzt ist. Koppelmittel der eingangs genannten Art sind auch aus einem Prospekt der Firma Echo Ultrasound (USA) bekannt. Diese bietet beispielsweise unter dem eingetragenen Warenzeichen das Produkt Ultragel II an. Nach dem Datenblatt handelt es sich um ein Koppelmittel hoher Impedanz und hoher Viskosität, es wird für kritische Ultraschall-Prüfverfahren ein¬ gesetzt, beispielsweise bei Flugzeugen und Komponenten nuklearer Anla¬ gen. Das Koppelmittel kann einfach mit Wasser entfernt werden, es trocknet nur sehr langsam aus.The applicant offers a coupling agent of the type mentioned at the outset, which is composed of water, glycol and active ingredients. Coupling agents of the type mentioned at the outset are also known from a brochure from Echo Ultrasound (USA). This offers, for example, the product Ultragel II under the registered trademark. After the sheet is a coupling means high impedance and high viscosity, it is set for critical ultrasound investigation procedure ¬, such as aircraft and components of nuclear Anla¬ gen. The coupling agent can be easily removed with water, it dries very slowly out.
Von der genannten US-Firma werden noch eine Vielzahl von anderen Kop¬ pelmitteln angeboten, zumeist in mehreren Viskositätsstufen, die Vis¬ kositäten reichen von flüssig bis gelförmig. Unter gelförmig wird da¬ bei die Konsistenz verstanden, wie sie Gelatineprodukte, beispielswei¬ se Götterspeise, aufweisen. Pastös bedeutet nicht-fließfähig, aber verformbar. Die Konsistenz des Koppelmittels wird so gewählt, daß bei der jeweiligen Anwendung ein Spalt zwischen dem Ultraschall-Prüfkopf und der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts vollständig und un¬ terbrechungsfrei gefüllt ist. Die Koppelmittel sollen sich einfach auf eine Oberfläche des zu untersuchenden Objekts auftragen lassen, ebenso einfach sollen sie sich wieder entfernen lassen. Sie sollen in vorge¬ gebenem Temperaturbereich die notwendige Konsistenz aufweisen.
Nachteilig bei den Koppelmitteln der eingangs genannten Art ist die Verschiebbarkeit des Prüfkopfes gegenüber der Oberfläche des zu unter¬ suchenden Objekts. Gerade bei Koppelmitteln geringer Viskosität, bei¬ spielsweise pastösen Koppelmitteln, ist eine Bewegung des Prüfkopfes über die Oberfläche oftmals dadurch behindert, daß der Prüfkopf sich an der Oberfläche festsaugt oder nicht mit gleicher Kraft kontinuier¬ lich über eine Oberfläche bewegen läßt. Derartige pastöse Koppelmittel setzt man jedoch gern ein, weil sie sich nicht selbständig über die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts verteilen und auch an schräg verlaufenden Flächen usw. gut einsetzbar sind.A variety of other Kop ¬ be from the said US company still offered pelmitteln, mostly in several viscosity grades, the Vis ¬ viscosities ranging from liquid to gel. Under gel ¬ since understood in the consistency as they have gelatine products, beispielswei ¬ se jelly. Pasty means non-flowable, but deformable. The consistency of the coupling agent is chosen so that a gap between the ultrasound probe and the surface of the object to be examined is completely and uninterruptedly filled in the respective application. The coupling agents should be easy to apply to a surface of the object to be examined, and they should be just as easy to remove. They should have the necessary consistency in pre ¬ gebenem temperature range. A disadvantage of the coupling means of the type mentioned at the outset is that the test head can be moved relative to the surface of the object to be examined . Low Especially with coupling means viscosity, game as pasty at ¬ coupling means is, impedes movement of the probe over the surface often characterized in that the test head from sucking on the surface or does not move with the same force kontinuier ¬ Lich over a surface. However, such pasty coupling agents are often used because they do not distribute themselves over the surface of the object to be examined and are also suitable for use on inclined surfaces, etc.
Bei Koppelmitteln nach dem Stand der Technik kann erhöhter Verschleiß an den Prüfköpfen auftreten. Es wurde festgestellt, daß in vielen Fäl¬ len die zu messenden Schallimpulse relativ stark schwanken. Insgesamt wird oft nur bei großer Sorgfalt ein zuverlässiges Prüfergebnis er¬ zielt.With coupling agents according to the prior art, increased wear can occur on the test heads. It was found that in many cases the sound impulses to be measured fluctuate relatively strongly. Overall, a reliable test result is often achieved only with great care.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Ultraschall-Koppelmittel der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß seine Vorzüge im wesentlichen beibehalten werden, die Gleiteigenschaften eines Prüfkopfes über das Koppelmittel und ge¬ genüber der Oberfläche eines Objekts aber deutlich verbessert werden.This is where the invention begins. It has set itself the task of developing the ultrasonic coupling means of the type mentioned at the outset such that its advantages are essentially retained, but the sliding properties of a test head over the coupling means and compared to the surface of an object are significantly improved.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Koppelmittel kleine, aus einem Festkörper hergestellte Kugeln enthält.This object is achieved in that the coupling agent contains small balls made from a solid.
Durch die Zugabe von Kugeln werden die Gleiteigenschaften eines Prüf¬ kopfes gegenüber einem zu testenden Objekt erheblich verbessert. Es genügen relativ wenige Kugeln zwischen dem Prüfkopf und der aktuell untersuchten Oberfläche, um die Gleiteigenschaften merklich zu verbes¬ sern. Die Kugeln haben vorzugsweise einen Durchmesser, der kleiner ist als die Schichtdicke eines aufgetragenen Kopplungsmittels. Die verwen¬ deten Kugeln sind also relativ klein. Sie stellen vorzugsweise auch nur einen untergeordneten Anteil im Gesamtgewicht des Koppelmittels dar, ihr Gewichtsanteil liegt vorzugsweise unter 20, insbesondere un¬ ter 10 %.By the addition of balls, the sliding properties of a test head with respect to a ¬ be considerably improved to be tested object. It suffice relatively few balls between the test head and the currently investigated surface fibers to the sliding properties markedly verbes ¬. The balls preferably have a diameter which is smaller than the layer thickness of an applied coupling agent. The USAGE ¬ Deten balls are therefore relatively small. These preferably represent only a minor share of the total weight of the coupling means, their weight proportion is preferably below 20, in particular un ¬ ter 10%.
In ihrem Durchmesser werden die Kugeln mehreren Prüfungsbedingungen
angepaßt, insbesondere der Frequenz des verwendeten Prüfkopfes, der Rauhigkeit der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts usw. Bei Prüf¬ kopf-Frequenzen im Bereich von 1 bis 4 Megahertz haben sich Kugeln in einer Durchmesserverteilung von 90 bis 130 Mikrometer als günstig er¬ wiesen. Für höhere Frequenzen eignen sich besser Kugeln mit Durchmes¬ sern von 50 bis 90 Mikrometer. Für Frequenzen unterhalb von 1 Mega¬ hertz und mit wachsender Rauhtiefe eignen sich Kugeldurchmesser ober¬ halb 100 Mikrometer, beispielsweise von 200 Mikrometer Durchmesser.The diameter of the balls is subject to several test conditions adapted, in particular the frequency of the probe used, the roughness of the surface of the object under examination, etc. In testing ¬ head-frequencies in the range 1-4 megahertz have balls in a diameter distribution of 90 to 130 micrometers as low he reported ¬. For higher frequencies are better balls with diam ¬ fibers of 50 to 90 microns. For frequencies below 1 Mega ¬ hertz and with increasing surface roughness to ball diameter upper ¬, suitable semi-100 microns, for example, of 200 microns in diameter.
Durch eine höhere Zugabe von Glaskugeln zum Koppelmittel oder durch Kugeln aus Materialien mit größerer Schallimpedanz, beispielsweise Wolfram, Kupfer, Nickel, Stahl, läßt sich die Schallimpedanz des Kop¬ pelmittels erhöhen und der Reflexionsverlust beim Schalleintritt in Materialien mit hoher Schallimpedanz, wie z.B. Stahl, erheblich ver¬ ringern. Auf diese Weise läßt sich das Durchdringungsvermögen der Prü¬ feinrichtung erhöhen.A higher addition of glass beads to the coupling means or balls made of materials with greater acoustic impedance, for example, tungsten, copper, nickel, steel, the sonic impedance of the Kop can ¬ pelmittels increase and the reflection loss at the sound entry in materials with high acoustic impedance, such as steel, significantly ver ¬ wrestlers. In this way, the permeability of audit ¬ can be increased fine direction.
Als gelartige bzw. flüssige Komponente des Koppelmittels eignen sich die bereits bekannten, als Koppelmittel eingesetzten Materialien, bei¬ spielsweise Glykol, Glycerin, Öle, Fette, z. B. Silikonfette, mit Flüssigkeiten angereicherte Gele.As a gel-like or liquid component of the coupling agent are those which are already known, game, as a coupling agent materials used in ¬ glycol, glycerin, oils, fats, z. B. silicone greases, liquid-enriched gels.
Im Koppelmittel sind die Kugeln gut verteilt. Bei pastösen Koppelmit¬ teln und Koppelmitteln geringerer Viskosität entmischen sich Kugeln und eigentliches Koppelmittel nicht merklich. Bei Koppelmitteln mit höherer Viskosität kann es notwendig sein, die Mischung aus Kugeln und eigentlichem Koppelmittel wieder herzustellen, bevor das Koppelmittel angewandt wird. Ein Entmischen kann man dadurch vermeiden, daß man eigentliche Koppelmittel mit spezifischen Gewichten verwendet, die weitgehend dem spezifischen Gewicht der benutzten Kugeln entsprechen.The balls are well distributed in the coupling means. Pasty Koppelmit ¬ stuffs and coupling means lower viscosity not separate spheres and actual coupling means noticeably. In the case of coupling agents with a higher viscosity, it may be necessary to restore the mixture of balls and the actual coupling agent before the coupling agent is used. Separation can be avoided by using actual coupling agents with specific weights that largely correspond to the specific weight of the balls used.
Bei Problemen einer Benetzung der Kugeln durch das eigentliche Koppel¬ mittel können geeignete chemische Reagentien zugesetzt werden, die eine ausreichende Benetzung und damit eine genügende Adhäsion zwischen der Oberfläche der Kugeln und dem eigentlichen Koppelmittel sicher¬ stellen. Dadurch wird auch dem oben erwähnten Entmischen entgegenge¬ mischt.
Bevorzugt werden eigentliche Koppelmittel verwendet, die wasserlöslich sind, bzw. durch Wasser verdünnbar sind. Die Entsorgung des erfin¬ dungsgemäßen Koppelmittels geschieht dadurch, daß man das Koppelmittel vom untersuchten Objekt abspült, beispielsweise mit Wasser. Durch starke Verdünnung des Koppelmittels erreicht man, daß sich die Glasku¬ geln am Boden des Auffanggefäßes absetzen können, in einer anderen Ausführung können sie mit einem einfachen Filter aufgefangen werden. Als Filter eignen sich hierfür Metallgewebe, wie sie auch für die Öl- filterung eingesetzt werden, es können aber auch Stoffilter benutzt werden, wie sie beispielsweise für Kaffeefilter bekannt sind.For problems of wetting of the balls through the actual coupling ¬ agents may be added, ¬ provide the sufficient wetting and thus a sufficient adhesion between the surface of the balls and the actual coupling means ensure suitable chemical reagents. This also the above-mentioned segregation entgegenge ¬ is mixed. Actual coupling agents which are water-soluble or can be diluted with water are preferably used. The coupling agent according to the invention is disposed of by rinsing the coupling agent off the object under investigation, for example with water. By strong dilution of the coupling means is achieved that the Glasku ¬ to rules at the bottom of the receiver can deduct, in another embodiment, they can be collected with a simple filter. Metal meshes, such as those used for oil filtering, are suitable as filters, but fabric filters, such as are known for example for coffee filters, can also be used.
Grundsätzlich besteht kein Problem, wenn Glaskugeln in den Erdboden oder in eine Deponie gelangen. Wenn bleifreies Glas verwendet wird, bestehen keine toxischen Probleme, vielmehr verhalten sich Glaskugeln wie Sand, d.h. sie dienen der Bodenlockerung.Basically, there is no problem if glass balls get into the ground or into a landfill. When using lead-free glass, there are no toxic problems, rather glass balls behave like sand, i.e. they serve to loosen the soil.
Unter eigentlichem Koppelmittel wird der gelförmige bis flüssige An¬ teil des erfindungsgemäßen Koppelmittels verstanden. Das Koppelmittel selbst ist die Mischung aus den Kugeln und dem eigentlichen Koppelmit¬ tel. Das eigentliche Koppelmittel unterscheidet sich nicht von den bereits bekannten Koppelmitteln, die zur Zeit auf dem Markt befindlich oder bekannt sind.Under eigentlichem coupling means of gel to liquid at ¬ part of the coupling agent of the invention is understood. The coupling agent itself is the mixture of the balls and the actual Koppelmit ¬ tel. The actual coupling means does not differ from the already known coupling means which are currently on the market or are known.
Es ist möglich, die Kugeln mit einem fluoreszierenden Zusatz zu verse¬ hen. Auf diese Weise wird ein einfacher Nachweis dafür erreicht, daß das Koppelmittel auf einer Oberfläche vorhanden ist und wieviel davon aufgebracht wurde.It is possible hen the balls with a fluorescent additive to be sent ¬. In this way, simple proof is obtained that the coupling agent is present on a surface and how much of it has been applied.
Als zu testendes Objekt kommen grundsätzlich alle Objekte in Frage, die sich mit Ultraschall testen lassen. Insbesondere ist das Anwen¬ dungsgebiet der Erfindung die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, bei¬ spielsweise die Prüfung von Stahl- oder Leichtmetallteilen.Basically, all objects that can be tested with ultrasound come into consideration as the object to be tested. Specifically, the appli ¬ is dung Field of the invention, the non-destructive testing of materials, in ¬ testing of steel or light metal parts of play.
Wenn im Obenstehenden insbesondere auf Glaskugeln als Kugeln eingegan¬ gen wurde, so liegt dies daran, daß Glaskugeln in den genannten Abmes¬ sungen in ausreichenden Mengen und auch preisgünstig erhältlich sind. Als günstig haben sich Zugaben von 5 % (Gewichtsprozent) Kugeln erwie¬ sen. Bei geringeren Zugaben werden auch noch Vorteile erzielt, denn es
genügt prinzipiell, wenn der Prüfkopf durch drei Kugeln abgestützt ist. Durch die Kugeln wird eine allseitige Bewegbarkeit des Prüfkopfes gegenüber der zu prüfenden Oberfläche erreicht.
If ¬ eingegan particular glass balls as balls in the foregoing was gen, it is because that glass balls in these dimen ¬ solutions in sufficient quantities and also available are inexpensive. A favorable additions of 5% (weight percent) balls erwie ¬ sen have. With smaller additions, advantages are also achieved because it In principle, it is sufficient if the test head is supported by three balls. The balls allow the test head to move on all sides with respect to the surface to be tested.