【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、在不同的行业中，需要对生产的产品进行持续的质量控制。在一些行业中，特别地出于安全原因，每个和每件产品必须被检测，使得保证例如不存在隐藏的裂纹、夹杂物或其他材料缺陷。如果存在两种材料之间的适当的接触，则还可能需要进行测试；这样的接触可以是例如粘接层或焊接连接。在一些情况下，不时地测试产品样本就足够了，而在一些情况下，需要对产品进行持续测试。
2、本专利技术的各种实施方式涉及用于使用测试装置和/或计算机程序利用至少一个无膜光学麦克风来测试材料接合部或材料化合物的方法。无膜光学麦克风作为用于声学测量的新颖设备在实践中是已知的。这样的无膜光学麦克风由xarion laser acoustics gmbh公司制造和分销。这样的无膜光学麦克风不使用任何机械移动部件。工业材料测试和医学成像两者中的超声成像方法完全取决于高信噪比(snr)来提高成像对比度和穿透深度。此外，snr是用于检测和区分材料缺陷的ndt中的关键参数。提高snr一直是超声成像技术的发展焦点。
3、
技术介绍
4、
5、us2011/048135 a1示出了用于超声的连续激光生成的方法和系统。所述系统包括用于发出连续波光束的光纤激光器、用于使所述光束和测试材料转向的可移动镜，其中，超声波由所述光束激发。所述超声波从所述测试材料中发出，并且与另外的连续波激光器的测量光束相互作用。通过使所述测量光束部分地偏转，所述测量光束与所述超声波相互作用。所述偏转的光束通过聚焦透镜聚焦到位置敏感的光电检测器。仅对“光束路径的方向”
6、该方法或系统的缺点是需要作为检测器系统的位置敏感光电检测器以检测从测试对象发出的超声脉冲。
7、ep 3173781 a1或us2017/108472 a1中描述了无膜麦克风。光学麦克风的无膜麦克风不具有可移动部件。光学麦克风直接地测量由超声波内的压力差引起的空气的折射率的变化。折射率的变化是利用干涉仪(所谓的法布里-珀罗标准具)来检测的，其中，激光在两个部分反射镜的腔内反射。根据镜的距离调整激光的波长，以建立正干涉条件。改变腔内的介质的折射率会改变干涉条件，并且更改激光的透射和反射强度，该强度由光电二极管来测量。由于超声波的影响，腔内的折射率改变，所述超声波对腔内封闭的介质的密度具有直接影响，所述密度对光的速度具有直接影响。
8、de 10 2020 105 028 a1描述了用于测试焊接或粘接接合部的质量的方法，该方法使用脉冲激光器激发待测试的布置的材料中的声波，并且使用宽带无膜光学麦克风作为接收器。此处，激光激发装置与无膜光学麦克风刚性地连接，并且定位在待测试的组件的一侧上。在本公开内容中，对声压幅度的变化和作为漏波耦合到空气中的兰姆(lamb)a0模式进行评估。在wo 2020/141479 a1中公开了一般方法和设备。
9、该方法的缺点是，激光器和无膜光学麦克风必须在待测试的布置之上的显著更大的区域上在一个维度上移动。所述区域显著地比所探究的焊接或粘接接合部大。此外，以上提及的方法要求光学麦克风在焊接接合部旁边。
10、us1 0 444 1 95b2公开了检测结构中的近表面不一致性的方法。朝向该结构引导脉冲激光束。当脉冲激光束的辐射被结构吸收时，在结构中形成宽带超声信号。检测宽带超声信号以形成数据。对数据进行处理，以识别与近表面不一致性相关联的频率。
11、该方法的缺点是，激光振动计被用作检测器，并且以脉冲回波模式布置。所述脉冲激光器激发结构的表面上的一个点，并且所述激光振动计使用激光束作为引导至该点的检测信号，并且所述激光振动计被用于测量表面的同一点处的所述宽带超声信号。
12、bustamante leslie等：“nondestructive characterization of mechanicalproperties on metallic and polymer plates using hybrid laser-air coupledultrasonic techniques”，the international journal of advanced manufacturingtechnology，第112卷，第5-6期，第1767-1785页，xp037336632，issn:0268-3768，doi:10.1007/s00170-020-06463-8。激光激发源相对于样本移动，并且被用于激发样本的表面上的超声波。包括压电空气耦合换能器的空气耦合超声测试装置(acu)被用作检测器，并且放置在相对于样本的固定位置。
13、该方法的缺点是，所述acu仅在窄的带宽范围内进行检测，并且包括压电元件。因此，提供了附加的空气固体界面，这导致差的信噪比。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的缺点。本专利技术的另一目的是创建用于测试材料接合部、材料界面或材料化合物以确定材料接合部、材料界面或材料化合物的各种质量特征的改进的方法。此外，目的是提供具有改进的计算机程序的改进的测试装置，尤其是用于测试材料接合部、材料界面或材料化合物中的狭窄限定的几何形状的改进的测试装置。
2、这些目标中的至少一个通过独立专利权利要求的特征来解决。在从属权利要求中指示了其他优选实施方式。
3、根据本公开内容的第一方面，目的是通过一种用于测试材料接合部或材料化合物的方法来实现的，该方法具有至少以下步骤：
4、a)提供待测试的布置，该待测试的布置包括经由至少一个材料接合部或材料界面连接的至少两个部件；
5、b)利用来自激光光源的激光脉冲在所提供的待测试的布置中的至少一个部件中激发声波；
6、c)利用至少一个无膜光学麦克风检测与所提供的待测试的布置相邻的空气层或气体层中的超声波；
7、d)通过确定利用至少一个无膜光学麦克风检测到的超声波的声压变化来评估超声波。所述声压变化优选地是声压随着时间的变化。
8、随后是步骤e)，基于发生的具有第一平面外偏转的对称模式向具有第二平面外偏转的非对称模式的模式转换，来评估相应的材料接合部。
9、对称声波可能引起与非对称声波相比较小的平面外偏转，并且因此对于空气耦合的无膜光学麦克风而言更难检测。然而，由于由材料接合部导致的厚度变化，在宽范围的技术上常见的厚度组合上发生引导对称零模式向非对称模式的较高速度的模式转换。该转换后的模式具有明显的平面外偏转并且是可检测的，而待测试的布置的表面处的所述激发点与待测试的布置的检测区域在空间上不同。该模式转换的发生及该模式转换的诸如其发生的幅度或空间范围的性质被用于确定材料接合部、材料界面或材料化合物的各种质量特征。此外，所述公开的方法允许尤其是在材料接合部或材料化合物的狭窄限定的几何形状上对材料接合部或材料化合物的改进的测试。例如，可以在材料接合部上方检测超声波信号，并且可以在材料接合部外部检测另一超声波信号。信号的初本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测试材料接合部(33)或材料化合物特别是焊接接合部或粘接接合部的方法，所述方法具有至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤e)的所述模式转换中，所述对称模式包括较小的平面外偏转，并且所述非对称模式包括较大的平面外偏转。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用光学传感器特别是光学摄像装置(50)捕获所述至少一个部件(31，32；41，42)的表面的至少一个光学图像，以及/或者利用轮廓仪(70)捕获所述至少一个部件(31，32；41，42)的表面的至少一个表面信息。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述材料接合部(33)的生产期间记录至少一个处理参数。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述待测试的布置(30；40)被提供成包括经由至少一个点形或圆形或珠形材料接合部(33)连接的至少两个部件(31，32；41，42)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述待测试的布置(30；40)由经由至少一个材料接合部(33)连
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述激光光源(21；121)和所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)两者布置在所述待测试的布置(30；40)的同一侧上，并且特别地，所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)在所述材料接合部(33)之上移动，同时所述激光光源(21；121)沿距所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)的固定距离移动，或者，所述激光光源(21；121)在所述材料接合部(33)之上移动，同时所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)沿距所述激光光源(21；121)的固定距离移动。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述无膜光学麦克风(23；123)以网格状或曲折状的方式在所述待测试的布置(30；40)之上移动，或者在固定横向位置处相对于所述待测试的布置(30；40)经历距离变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过对所述超声波的连续小波变换对转换后的模式进行评估，以及/或者对通过傅里叶或小波变换识别的声驻波进行评估。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，存在评估设备，所述评估设备实现以下步骤中的至少一个步骤：
11.一种用于测试材料接合部(33)的测试装置(20；120)，所述测试装置(20；120)包括：至少一个无膜光学麦克风(23；123)；用于发出激光脉冲(24)的激光光源(21；121)，所述激光光源(21；121)特别地连接至光纤耦合光学模块(22；122)；以及评估设备(25；125)，所述评估设备(25；125)至少被设计成通过确定利用所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)检测到的超声波(37)的声压变化来评估所述超声波(37)，并且优选地当所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)定位在所述材料接合部(33)上方时基于发生的具有第一平面外偏转的对称模式向具有第二平面外偏转的非对称模式的模式转换，以及/或者基于所述材料接合部(33)中的谐振频率下的声驻波(35)，来评估相应的材料接合部(33)。
12.根据权利要求11所述的测试装置，其特征在于，存在控制设备，所述控制设备连接至至少一个所述评估设备(25；125)并且至少连接至所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)，以用于交换信号数据和命令数据，并且优选地，所述控制设备(26；126)提供用于所述评估设备(25；125)的命令数据，以在显示设备上创建指示对所述相应的材料接合部(33)的评估的信息。
13.根据权利要求11或12所述的测试装置，其特征在于，所述评估设备(25；125)包括至少一个专家系统或AI模块(65)，并且优选地包括至少一个数据库(28)。
14.一种计算机程序，包括指令，所述指令在由计算机执行所述计算机程序时使根据权利要求11所述的测试装置执行根据权利要求1至10中的一项所述的方法。
15.一种根据权利要求11至13中的一项所述的测试装置用于测试电池系统(130)的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种用于测试材料接合部(33)或材料化合物特别是焊接接合部或粘接接合部的方法，所述方法具有至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤e)的所述模式转换中，所述对称模式包括较小的平面外偏转，并且所述非对称模式包括较大的平面外偏转。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用光学传感器特别是光学摄像装置(50)捕获所述至少一个部件(31，32；41，42)的表面的至少一个光学图像，以及/或者利用轮廓仪(70)捕获所述至少一个部件(31，32；41，42)的表面的至少一个表面信息。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述材料接合部(33)的生产期间记录至少一个处理参数。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述待测试的布置(30；40)被提供成包括经由至少一个点形或圆形或珠形材料接合部(33)连接的至少两个部件(31，32；41，42)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述待测试的布置(30；40)由经由至少一个材料接合部(33)连接的机动车辆机身或飞行器机身的至少两个机身部件(31，32；41，42)来提供。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述激光光源(21；121)和所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)两者布置在所述待测试的布置(30；40)的同一侧上，并且特别地，所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)在所述材料接合部(33)之上移动，同时所述激光光源(21；121)沿距所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)的固定距离移动，或者，所述激光光源(21；121)在所述材料接合部(33)之上移动，同时所述至少一个无膜光学麦克风(23；123)沿距所述激光光源(21；121)的固定距离移动。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述无膜光学麦克风(23；123)以网格状或曲折状的方式在所述待测试的布置(30；40)之上移动，或者在固定横向位置处相对于所述待测试的布置(30；40)经历距离变化。...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·卡尼亚克，巴尔萨泽·费希尔，沃尔夫冈·罗林格，约瑟夫·波尔巴赫尔，斯特凡·文德尔，克里斯托夫·魏因曼，
申请(专利权)人：夏楼激光音响有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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