Uniwersytet Kazimierza Wielkiego – Ultraschallscanner US_P001 mit Luftübertragung.

igu-award-adm | Juli 23, 2020

Der Ultraschallscanner US_P001 wurde für zerstörungsfreie (und kontaktlose) Materialprüfung entwickelt. Dafür werden Ultraschallwellen eingesetzt, die das Material durchdringen, reflektiert werden oder Platten- bzw. Oberflächenwellen bilden. Mit ihnen werden Defekte, Materialunregelmäßigkeiten und andere strukturelle oder mechanische Eigenschaften erkannt.

Bilder

Problem:
Beim Ultraschallscanner US_P001 (Abb. 1) handelt es sich um ein computergesteuertes, automatisches Messsystem, das die Messmöglichkeiten des modernen Ultraschallforschungslabors IMIS an der Kasimir-der-Große-Universität in Bydgoszcz erweitern soll. Das System wurde für die Prüfung von Materialproben mit geringen Materialstärken und -maßen in einer Scanebene von bis zu 300 x 300 mm entwickelt. Die Materialprobe wird in der vertikalen Scanebene bewegt (Abb. 2). Übertragung und Empfang von Ultraschallwellen erfolgt durch spezielle Ultraschallsonden, die für diesen Zweck angepasst wurden. Der Frequenzbereich liegt dabei zwischen 20 kHz und 2 MHz. Die vom Sender erzeugte Welle erreicht das Material als längliche Welle, wird innerhalb des Materials in einer für Feststoffe spezifischen Weise übertragen (longitudinal, transversal, als Oberflächen- oder Plattenwelle, je nach Position der Schallsonde relativ zum Material) und strahlt dann vom Material aus durch die Luft zur Empfänger-Schallsonde.
Die Geometrie des Scanwegs und der Messschritt sind in der für das System entwickelten Software definiert. Aufgrund des Scanvorgangs wird eine Sequenz von Scan A aufgezeichnet und ein Scan B erstellt, ähnlich wie bei einer medizinischen Ultraschalluntersuchung. Die Amplitude der Signale wird als Funktion der Probenposition dargestellt. Durch die weitere Verarbeitung der Signale werden Informationen über die Eigenschaften des geprüften Materials gewonnen, insbesondere Darstellungen von Defekten und Unregelmäßigkeiten im Material (Abb. 3).

Lösung:
Der konstruierte Scanner US_P001 (Abb. 1) arbeitet mit einem zweiachsigen, flachen Portal und einem igus-Wagen von 500 x 500 mm, um die Probe in der Ebene zu positionieren (2D-Scanner). Das flache Portal bestimmt die vertikale Orientierung der Scanebene. So kann auch schlaffes Material geprüft werden (dünne Platten, Gewebe, Häute, Folien etc.). (Abb. 2) Aufgrund des Durchhangs konnten diese bisher bei horizontaler Anordnung nicht genau geprüft werden. Das Probenpositionierungssystem wird von modernen Easy-Servohybridmotoren angetrieben und von einem Programm gesteuert, das die Probenbewegung mit dem System zur Signalübertragung und -aufzeichnung synchronisiert. Das ganze System ist ein modernes, automatisiertes Messgerät. Durch den Einsatz schmierungsfreier drylin®-Linearführungen für das Scannerpositionierungssystem entfällt die Notwendigkeit, die beteiligten Elemente zu schmieren. Das verringert die Empfindlichkeit gegen Staub und Verschmutzungen, gewährleistet geräuscharmen Betrieb und verringert den Wartungsaufwand.

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Für den ROIBOT Award 2019 suchten wir clevere Low-Cost-Robotics Anwendungen basierend auf igus® Komponenten mit einer schnellen Amortisationszeit. Wir danken allen Teilnehmern für die zahlreichen Einsendungen!