Ultraschallsensoren und -verfahren

Die Arbeitsgruppe »Ultraschallsensoren und -verfahren« des Fraunhofer IKTS am Standort Dresden-Klotzsche verantwortet die methodische Planung, simulationsbasierte Optimierung und gerätetechnische Umsetzung von ultraschallbasierten Prüfverfahren. Dies geschieht überwiegend auf Grundlage der institutseigenen PCUS^® pro-Plattform. Die Geräte und Software der PCUS^® pro-Familie wurden und werden in den Arbeitsgruppen »Elektronik für Prüfsysteme« und »Software für Prüfsysteme« entwickelt. Bei Bedarf ergänzen hochsensitive und zuverlässige Ultraschallprüfköpfe und -sensoren für Spezialanwendungen die Plattform. Diese werden im eigenen Sensorlabor entworfen und gefertigt.

Aufgrund der Komplexität neuartiger Materialien und Bauteile spielen sowohl die simulationsgestützte Planung und Optimierung der Prüfköpfe als auch die ständige Anpassung der Prüfverfahren eine immer wichtigere Rolle. Der gesamte Prüfaufbau inkl. Sensoren lässt sich vorab am PC modellieren. Dabei wird der Aufbau auf seine physikalische Plausibilität und Sensitivität geprüft.

Der Herstellungsprozess wird ökonomisch effizienter. Modellierung und Simulation helfen dabei, bei verkürzten Entwicklungszeiten Fehlplanungen zu vermeiden und die systematische Optimierung der Prüfparameter zu ermöglichen. Zu diesem Zweck entwickelt die Arbeitsgruppe »Ultraschallsensoren und -verfahren« seit vielen Jahren eigene leistungsfähige Rechenprogramme und bildgebende Auswertealgorithmen. Diese sind in einer Modulbibliothek verfügbar. Sie können effizient erweitert sowie schnell an neue Prüfanforderungen und Aufgabenstellungen angepasst werden.

Sind kommerziell erhältliche Prüfköpfe für bestimmte Anwendungen nicht geeignet, können Ultraschallwandler im IKTS-eigenen Sensorlabor ausgelegt und gefertigt werden. Dazu stehen leistungsfähige Simulationstools und Geräte wie Wafersäge, d33-Meter (Piezometer) und HF-Pulser-Receiver bis 500 MHz zur Verfügung.

Beispiele für Spezialentwicklungen umfassen Hochtemperatursensoren, hochfrequente Aluminiumnitrid-Dünnschichtschwinger, gekrümmte Piezokompositprüfköpfe sowie hochsensitive Wandler auf Basis von piezoelektrischen Einkristallen, wie Blei-Magnesium-Niobat/Blei-Titanat (PMN-PT). Als Wandlertypen werden Einzelschwinger, Phased-Array-Sensoren, Schallemissionsaufnehmer sowie Sende/Empfangs-Prüfköpfe angeboten. Sie können auf spezielle Bauteilgeometrien angepasst und in Prüfzangen integriert werden.  

Die Arbeitsgruppe »Ultraschallsensoren und -verfahren« übernimmt und koordiniert die vollständige Integration von Methoden und Algorithmen in kundenspezifische Hard- und Software. Sie ist außerdem für die gerätetechnische Umsetzung der Prüfverfahren bis hin zum Aufbau von Industrieprototypen im In- und Ausland zuständig.

Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt derzeit auf der Entwicklung von speziellen hochauflösenden Ultraschallscannern sowie roboterbasierten Prüfsystemen für komplex geformte Freiformbauteile verschiedener Materialklassen.