Kontaktlose Ultraschallprüfung
Qualitätsprüfung einer Batteriezelle: Der Ultraschall wird von einem Laser direkt in der Batterie erzeugt, durchdringt diese und wird vom optischen Mikrofon detektiert. Aus dem akustischen Signal lässt sich erkennen, ob die Elektrolytflüssigkeit gleichmäßig verteilt ist
Laserakustisches Prüfverfahren in der Produktionslinie. Die Ultraschallprüfung hat sich zu einem variantenreichen Standardverfahren der zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen entwickelt. Alle Ultraschall-Prüfverfahren folgen dabei dem gleichen Prinzip: Ein Ultraschallsignal wird in das Bauteil eingekoppelt, durchläuft das Material und wird anschließend detektiert. Defekte oder Unregelmäßigkeiten im Material verändern dabei das Ultraschallsignal und können so erkannt werden.
Die gängigste Methode zur Ultraschallprüfung basiert auf dem piezoelektrischen Effekt. Hierbei wird eine elektrische Wechselspannung an ein piezoelektrisches Material angelegt, das dadurch in Schwingung versetzt wird und Ultraschall aussendet. Umgekehrt wird zur Detektion des Prüfsignals das piezoelektrische Material durch auftreffenden Ultraschall in Schwingung versetzt, was zu einer messbaren elektrischen Spannung führt. Daraus ergibt sich jedoch ein fundamentales Problem: Jeder Schwinger hat eine bevorzugte Eigenfrequenz. Will man eine möglichst hohe Empfindlichkeit des Prüfsystems erzielen, muss der Wandler genau auf seiner Eigenfrequenz betrieben werden, andere Frequenzinformationen gehen verloren. Zudem muss für eine gute Signalübertragung der akustische Widerstand zwischen dem Piezo-Schwinger und dem Material angeglichen werden, was durch ein flüssiges Koppelmittel gelingt. Damit erhält man ein schmalbandiges Prüfsystem, das einen direkten Kontakt benötigt.
Für die Automation prädestiniert
Das optische Mikrofon des österreichischen Unternehmens Xarion umgeht beide Probleme durch eine einfache Idee: Es besitzt keinen Schwinger. In seinem einzigartigen, rein optischen Verfahren verändert der Schall die Wellenlänge eines Laserstrahls, der zwischen zwei kleinen Spiegeln hin und her reflektiert wird. Damit ändert sich auch die Helligkeit des ausgekoppelten Lichts, was ohne den Umweg über eine mechanische Schwingung gemessen wird. So erreicht das optische Mikrofon ein detektierbares Frequenzintervall, das mindestens zwanzigmal größer ist als das jedes anderen konventionellen Ultraschallsensors. Außerdem kann auf Kontakt zum Prüfling verzichtet werden, was gewaltige Vorteile in der Automatisierbarkeit mit sich bringt. Mit anderen Worten: Es braucht kein Gel oder Wasser auf die Oberfläche aufgetragen werden, was ein großer Vorteil ist, wenn die Prüfung rasch vonstatten gehen muss. Das optische Mikrofon eignet sich zum Beispiel auch, wenn das zu prüfende Objekt auf einem Förderband schnell vorbeifährt, aber trotzdem auf seine innere Qualität hin untersucht werden muss.
Mit dem neuen Sensor kann in Anwendungsbereiche vorgedrungen werden, die bisher messtechnisch nicht umsetzbar waren. Insbesondere kann die berührungslose Prüfmethode einfach auf einen Roboter montiert werden. Der glasfasergekoppelte Sensorkopf des Mikrofons ist dabei sehr kompakt und erreicht damit auch schwer zugängliche Stellen. »Wir beobachten ein großes Interesse an unserer Prüftechnologie im Batteriesektor«, berichtet Martin Wallner, Chief Operations Officer bei Xarion: »Kunden treten zum Beispiel mit der Aufgabe an uns heran, die gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten innerhalb einer prismatischen Batteriezelle zu messen oder die Qualität von lasergeschweißten Nähten am Rand der fertigen Batteriemodule zu prüfen.« Ein kürzlich realisiertes Prüfsystem erlaubt die automatisierte, kontaktfreie Messung der Elektrolytverteilung in einer neu produzierten Batteriezelle.
Hersteller:
XARION Laser Acoustics GmbH
A-1030 Wien
www.xarion.com