DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Die Messung der Materialdicke von sehr dünnen Polymer-Schläuchen

Roland Sickert, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin
Kontakt: R. Sickert

Kurzfassung

Die Messung sehr dünner Schichten oder Folien bereitet aus den verschiedensten Gründen immer wieder vielfältige Probleme. Im vorliegenden Fall war ein Ultraschallverfahren zu entwickeln, welches Wanddicken von Polymerschläuchen auch bei einer starken Krümmung der Probenoberfläche zuverlässig messen und nach Möglichkeit automatisch auswerten kann. Die Wanddicke des mit verschiedenen Substanzen gefüllten Schlauchmantels liegt dabei im Bereich zwischen 0,05 und 0,2 mm. Neben dem geringen Schlauchdurchmesser von ca. 2 mm und der daraus resultierenden starken Krümmung der Oberfläche wirkt sich zusätzlich erschwerend aus, dass das vorliegende Polymermaterial ähnliche akustomechanische Impedanzen wie Wasser aufweist. Allerdings unterliegt der Schall einer deutlich höheren Dämpfung. Alle Echosignale weisen daher nur eine geringe Höhe aus. Mehrfachechos, besonders bei Schichtdickenbestimmungen vorteilhaft auswertbar, werden durch die Materialeigenschaften und die Oberflächenkrümmungen fast vollständig unterdrückt.

In praktischen Versuchen wurde die Verwendbarkeit verschiedener Ultraschallanordnungen untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Pulsereigenschaften (Grenzfrequenz, Empfindlichkeit...) nur geringen, die Gestaltung der Prüfköpfe jedoch erheblichen Einfluss auf die Auswertbarkeit haben. Aufgrund der geringen Probenabmessungen konnte nur mit fokussierenden Wandlern befriedigende Ergebnisse erzielt werden. Als ein wichtiges Kriterium erwies sich außerdem die Gestaltung der Fokuslinse. Prüfköpfe mit ebenen Wandler und vorgesetzter Linse erwiesen sich in den meisten Fällen als unbrauchbar. Durchweg gute Ergebnisse ergab die Verwendung von PVDF- Köpfen, bei denen die flexible Folie direkt so geformt ist, dass die gewünschte Fokuslänge erreicht wird.

Zur Auswertung der Ergebnisse wurde ein Programm erstellt, welches auch bei zusätzlicher Schlauchkrümmung der Schlauchposition folgt, die Wandechos nach Festlegung einer Startposition automatisch verfolgt und die Schichtdicke über der Schlauchlänge ausgibt.

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