Ultraschall-Prüfköpf

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Prüfköpf mit einer Ultraschallwandleranordnung, die eine Mehrzahl in einer Reihe nebeneinander angeordneter, zeitverzögert ansteuerbarer Wandlerelemente umfasst.

Bei einer solchen auch als Gruppenstrahler oder Phased-Array bezeichneten Ultraschallwandleranordnung können durch zeitverzögerte Ansteuerung der Wandlerelemente sowohl die

Einschallwinkel in einen Prüfling als auch die Fokustiefe ver ^¬ ändert werden. Dadurch ist es möglich, bei ruhendem Ultraschall-Prüfkopf größere Bereiche des Prüflings zu erfassen. In der Regel handelt es sich bei diesen

Ultraschallwandleranordnungen um sogenannten Linienarrays , bei denen ein konventioneller piezokeramischer Wandler in kleine akustisch voneinander getrennte Wandlerelemente unterteilt wird, wobei die teilende Schnittrichtung quer zur

Einschallebene liegt, in der ein Winkelschwenk stattfinden soll. Zur Erzielung eines homogenen Schallbündels und eines großen Winkelbereiches dürfen die durch die Unterteilung gewonnenen Wandlerelemente in der Einschallebene eine Abmessung in der Größenordnung der Wellenlänge nicht überschreiten. Die meisten Anwendungen erfordern zur Erzielung einer hohen Auflösung und eines hohen Signal-/Rauschabstandes die Erzeugung ei- nes Schallbündels mit hinreichend geringer Divergenz, wofür größere Abmessungen der gesamten Ultraschallwandleranordnung benötigt werden. Dies bedeutet eine große Anzahl von einzelnen Wandlerelementen, in der Regel sechzehn oder mehr, die simultan oder zeitverzögert gemeinsam angesteuert werden. Diese große Anzahl von Wandlerelementen bedingt eine entsprechende Anzahl von Verbindungskabeln, Anschlüssen und insbesondere bei der Innenprüfung von hohlgebohrten Wellen, die mit einer schraubenförmigen Bewegung des Prüfkopfes abgetastet werden, eine entsprechende Anzahl von Schleifringkontakten sowie eine entsprechende Anzahl von elektronischen Kanälen im Prüfgerät, so dass der technische Aufwand erheblich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Ultra ^¬ schallprüfkopf mit einer Ultraschallwandleranordnung mit einer Mehrzahl in einer Reihe nebeneinander angeordneter, zeitverzögert ansteuerbarer Wandlerelemente anzugeben, mit dem es bei verringertem technischen Aufwand möglich ist, in einem Werkstück bei hoher Ortsauflösung einen großen Schwenkbereich abzudecken .

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Ultraschall-Prüfköpf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält der Ultraschall-Prüfköpf eine Ultraschallwandleranordnung mit einer Mehrzahl von in einer Reihe nebeneinander angeordneten, zeitverzögert ansteuerbaren Wandlerelementen, deren Sende-/Empfangsflächen derart geneigt zueinander angeordnet sind, dass der Neigungswinkel zwischen der Sende-/Empfangsfläche zweier Wandlerelemente mit der An ^¬ zahl der zwischen diesen befindlichen Wandlerelemente zunimmt. Des Weiteren sind die Wandlerelemente so angeordnet, dass min ^¬ destens zwei der inkrementalen Neigungswinkel zwischen jeweils benachbarten Wandlerelementen voneinander verschieden sind. Mit anderen Worten: Die Sende-/Empfangsflachen der nebeneinander angeordneten Wandlerelemente befinden sich nicht in einer Ebene, beispielsweise auf der Schrägfläche eines gemeinsamen Keils, sondern beispielsweise auf Facetten, wobei nebeneinan- der liegende Facetten jeweils unter einem vorgegebenen Winkel gegeneinander geneigt sind. Der vorgegebene Winkel kann dabei frei gewählt und an die jeweilige Anwendung oder das zu prü ^¬ fende Bauteil angepasst werden. Dadurch ergibt sich beispiels ^¬ weise eine Ultraschallanordnung, bei der die Facetten bzw. die darauf angeordneten Wandlerelemente nicht entlang eines Kreis ^¬ bogens, sondern entlang einer von einem Kreisbogen abweichenden, gekrümmten Form bzw. auf einem in einer solchen Form ausgebildeten Vorlaufkörper angeordnet sind. Beispielsweise kann der inkrementale Neigungswinkel dabei so gestaffelt sein, dass er ausgehend vom Rand der Ultraschallwandleranordnung zu- oder abnimmt. Dadurch kann im Vergleich zu einer Kreisgeometrie ei ^¬ ne geringere Bauhöhe des Ultraschall-Prüfköpfes erreicht wer ^¬ den . Unter inkrementalem Neigungswinkel ist dabei die Differenz des Neigungswinkels zwischen jeweils benachbarten Wandlerelementen zu verstehen. Mit anderen Worten: Der inkrementale Neigungswinkel ist der Winkel unter dem jeweils benachbarte

Wandlerelemente zueinander geneigt sind bzw. der Winkel, den die Sende-Empfangsflächen der jeweils benachbarten

Wandlerelemente zwischen sich einschließen. Mindestens zwei inkrementale Neigungswinkel jeweils benachbarter

Wandlerelemente sind gemäß der Erfindung voneinander verschie ^¬ den bzw. unterschiedlich groß. Mit anderen Worten: Die

inkrementalen Neigungswinkel sind nicht alle gleich groß. Die einzelnen Größen der inkrementalen Neigungswinkel werden dabei so gewählt, dass insbesondere ein Winkel ausgespart wird, bei dem sich im Werkstück eine Longitudinalwelle parallel zur Oberfläche ausbreiten würde (erster kritischer Winkel) .

Durch diese unterschiedliche Winkelstellung der Sende- /Empfangsflächen der Wandlerelemente gegenüber einer gemeinsamen Koppelfläche ist es möglich, verglichen mit einer

Ultraschallwandleranordnung nach Stand der Technik, mit einer geringeren Anzahl von Wandlerelementen, beispielsweise etwa fünf bis acht Wandlerelemente, den gleichen Schwenkwinkelbe- reich zu erfassen. Da bei einer solchen geringeren Anzahl von Wandlerelementen die Breite eines einzelnen Wandlerelementes bei gleicher Gesamtbreite der Ultraschallwandlernordnung deutlich größer ist, vorzugsweise größer als die 1,5-fache Wellen ^¬ länge des von einem Wandlerelement erzeugten Ultraschallsig- nals, als bei einer konventionellen linearen

Ultraschallwandleranordnung, entsteht bereits bei einer gemeinsamen Ansteuerung von mindestens zwei benachbarten

Wandlerelementen ein hinreichend schmales Schallbündel mit ei ^¬ nem entsprechend hohen Signal-Rausch-Verhältnis. Durch zeit- verzögerte Ansteuerung benachbarter Wandlerelemente kann darü ^¬ ber hinaus außerdem noch ein Schwenk des Einschallwinkels erzielt werden. Dieser Schwenkbereich ist zwar physikalisch dadurch eingeschränkt, dass nur wenige, vorzugsweise zwei bis drei Wandlerelemente als Gruppe angesteuert werden. Mittels der fortschreitenden Kombination von zwei bis drei

Wandlerelementen kann mit ihren durch die jeweilige Neigung vorgeprägten, also ohne zeitlich verzögerte Ansteuerung sich ergebenden unterschiedlichen Einschallwinkeln, ergänzt durch den Schwenkwinkelbereich innerhalb der jeweiligen Kombination dieser Wandlerelemente ein Gesamtschwenkwinkelbereich überstrichen werden, der vergleichbar mit dem eines konventionellen linearen Gruppenstrahlers mit vielen schmalen Wandlerelemente in einer Ebene ist. Dadurch wird der techni ^¬ sche Aufwand bei der Verkabelung des Ultraschallprüfköpfes signifikant verringert. Dies ist insbesondere von Vorteil bei der Innenprüfung von Wellen mit einer Längsbohrung, die eine Drehbewegung der linearen Ultraschallwandleranordnung um die Längsachse der Welle und dementsprechend eine der Anzahl der Kanäle entsprechende Anzahl von Schleifringen erfordert.

Eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Ultraschall- Prüfkopfes besteht auch darin, dass bei Ansteuerung von drei oder mehreren Wandlerelementen durch entsprechende Zeitverzögerungen die Fokustiefe, d.h. der Abstand zwischen dem Fokus und der Oberfläche des Prüflings verändert werden kann. Alternativ zur zeitverzögerten gemeinsamen Ansteuerung zweier benachbarter Wandlerelemente, ist es ebenso möglich, den

Einschallwinkel des Ultraschallsignals in ein Werkstück durch zeitverzögerte gemeinsame Ansteuerung wenigstens zweier nicht unmittelbar benachbarter Wandlerelemente zu schwenken. Mit ei- ner solchen Ansteuerung können insbesondere Fehler, die z.B. nicht in Einschallrichtung zurückreflektieren, erkannt werden. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, die Ansteuerung so zu gestalten, dass ein Wandlerelement bzw. eine

Wandlerelementgruppe im Sendebetrieb und ein anderes

Wandlerelement bzw. eine andere Wandlerelementgruppe im Emp ^¬ fängerbetrieb betrieben wird.

Darüber hinaus weist der von einem einzelnen Wandlerelement ausgesendete Ultraschall einen hinreichend großen Öffnungswin- kel des Schallbündels auf, der für rekonstruierende beispiels ^¬ weise als SAFT bezeichnete Verfahren zur Analyse von Fehlstel ^¬ len von Vorteil bzw. erforderlich ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Ultraschall- Prüfkopfes sind die Wandlerelemente auf den Zahnflanken eines sägezahnförmigen Vorlaufkörpers angeordnet. Die einzelnen Zahnflanken sind dabei in einem unterschiedlichen Winkel gegenüber der Koppelfläche des Ultraschall-Prüfköpfes ange ^¬ stellt. Mit anderen Worten: Die einzelnen Zahnflanken des beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Vorlaufkörpers sind je ^¬ weils entsprechend des Winkels, den das jeweilige

Wandlerelement gegenüber der gemeinsamen Koppelfläche aufwei ^¬ sen soll, ausgestaltet. Der Vorlaufkörper weist also selbst bereits die zur Anordnung der einzelnen Wandlerelemente pas ^¬ sende Form auf und die Wandlerelemente können anschließend mit geringem Aufwand auf die einzelnen Zahnflanken aufgebracht werden.

Weiter ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Wandlerelemente auf einem Vorlaufkörper derart angeordnet sind, dass eine sich zwischen der Sende-/Empfangsfläche der Wandlerelemente und der Koppelfläche des Vorlaufkörpers jeweils ergebende Vorlaufstre ^¬ cke für alle Wandlerelemente gleich groß ist. Die Prüfempfind- lichkeit ist in diesem Fall für jedes Wandlerelement gleich. Mit anderen Worten: Die einzelnen Wandlerelemente sind in ei ^¬ nem solchen Abstand zu der Koppelfläche angeordnet, dass die Vorlaufstrecke für jedes Wandlerelement gleich lang ist. Hier wird unter Vorlaufstrecke die Länge der durch den Mittelpunkt der jeweiligen Sende-Empfangsfläche eines Wandlerelementes und darauf senkrecht stehenden Normalen bis zur Koppelfläche ver ^¬ standen .

Ebenso vorteilhaft kann es sein, wenn der Abstand vom Mittel ^¬ punkt der Sende-/Empfangsfläche lotrecht zur Koppelfläche kon- stant gehalten wird. Mit anderen Worten: Die Wandlerelemente sind derart auf dem Vorlaufkörper angeordnet, dass ein sich zwischen dem Mittelpunkt der Sende-/Empfangsflache der

Wandlerelemente und lotrecht zu der Koppelfläche des Vorlauf- körpers ergebender Abstand für alle Wandlerelemente gleich groß ist. Dies erleichtert die Algorithmen zur Berechnung der Zeitverzögerung bei der Ansteuerung der einzelnen

Wandlerelemente erheblich. Bei einer solchen Sägezahnanordnung kann der inkrementale Neigungswinkel beispielsweise ebenfalls so gestaffelt sein, dass er ausgehend vom Rand der Ultraschallwandleranordnung zu oder abnimmt. Diese Ultraschallwandleranordnung führt zu einer noch geringeren Bauhöhe und hat den Vorteil, dass die ansonsten in einem Ultraschall-Prüfköpf entstehenden störenden Wiederho ^¬ lungsechos weitestgehend minimiert werden.

Die einzelnen Zahnflanken können sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig, also z.B. verschieden breit oder unterschiedlich lang ausgebildet sein. Dadurch können unterschiedlich große und verschieden geformte Wandlerelemente verwendet werden, wo ^¬ durch das von diesen erzeugte Schallfeld weiter variiert wer ^¬ den kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen: eine erste Ausführungsform eines Ultraschallprüfköpf gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung in einem Längsschnitt,

Fig. 2 das von zwei nebeneinander angeordneten

Wandlerelementen jeweils emittierte Schallbündel so ^¬ wie das durch Überlagerung entstehende Schallbündel ebenfalls in einer Prinzipdarstellung, eine zweite Ausführungsform eines Ultraschallprüf kopfs gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung in einem Längsschnitt,

Fig. 4 eine zeitlich verzögerte Ansteuerung einer

Ultraschallwandleranordnung gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 umfasst der Ultraschall-Prüfköpf ein Gehäuse 1, in dem eine Ultraschallwandleranordnung 2 angeordnet ist, die eine Mehrzahl von nebeneinander in einer Reihe angeordneter, zeitverzögert ansteuerbarer piezokeramischer Wandlerelemente 4i, gemäß Fig. 1 fünf Wandlerelemente 4i bis 4 ₅ , umfasst. Die Wandlerelemente 4i sind derart nebeneinander angeordnet, dass die Sende-/Empfangsflächen 6±, 6j jeweils benachbarter

Wandlerelemente 4i, 4i+i unter einem inkrementalen Neigungswinkel o(i,i+i geneigt zueinander orientiert sind, der nicht für al ^¬ le benachbarten Wandlerelemente 4i, 4i+i gleich groß ist. Die Wandlerelemente 4i sind also nicht entlang eines Kreisbogens, sondern vielmehr entlang einer von einem Kreisbogen abweichenden, gekrümmten Linie angeordnet. Gemäß Fig. 1 sind alle inkrementalen Neigungswinkel ι,ι ₊ ι voneinander verschieden, also 0(i,i+i Φ oi , +i für alle i^j bzw. οίι, ₂ Φ «2,3 Φ «3,4 Φ 0(4,5. Der inkrementale Neigungswinkel ι,ι ₊ ι kann dabei beispielsweise ge- staffelt sein, so dass er ausgehend vom Rand der

Ultraschallwandleranordnung 2 zu- oder abnimmt. Dementsprechend nimmt der Neigungswinkel i,j zwischen einem am Ende der Reihe befindlichen Wandlerelement 4i und einem anderen

Wandlerelement 4 _j der Reihe mit der Anzahl j - 2 der zwischen diesen befindlichen Wandlerelemente zu. Mit anderen Worten: Die Sende-/Empfangsflachen 6± sind derart geneigt zueinander angeordnet, dass der Neigungswinkel ±,j zwischen der Sende- /Empfangsflache 6± zweier Wandlerelemente 4i, 4j mit der Anzahl der zwischen diesen befindlichen Wandlerelemente zunimmt. Typische inkrementale Neigungswinkel ι,ι ₊ ι bei der von einer Boh ^¬ rung ausgehenden Prüfung von Wellen aus Stahl liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 1,5° und 10°. Bei der Innenprüfung einer Hohlwelle beispielsweise hat sich eine Ultraschallwandleranordnung mit inkrementalen Neigungswinkeln 0(i,2 = 3,2°, oi2,3 = 3,4°, oi3,4 = 4,8° und ₄ , ₅ = 2,5° bewährt.

Denkbar wäre auch eine Ultraschallwandleranordnung, deren inkrementale Neigungswinkel nicht alle voneinander abweichen, also z.B. ι,2 = 3,2°, 0(2,3 = 3,4°, 0(3,4 = 4,8° und ₄ , ₅ = 0(1,2 = 3, 2°.

Die Wandlerelemente 4i sind derart zueinander geneigt, dass ih ^¬ re Sende-/Empfangsflächen 6± einander zugewandt sind, so dass sich die auf der Sende-/Empfangsfläche 6± senkrecht stehenden Normalen in dem den Sende-/Empfangsflächen 6± zugewandten Raum schneiden, in dem sich die von den Wandlerelementen 4i gesendeten Schallbündel ausbreiten. Die Breite b der Wandlerelemente 4i ist dabei wenigstens gleich dem 1,5-fachen, vorzugsweise größer als das Vierfache der Wellenlänge des von ihnen erzeug- ten und in den Prüfling eingeschallten Ultraschallsignals. Die Wandlerelemente 4i sind in einem schalldämpfenden Backing 8 eingebettet, wobei sich zwischen einer Koppelfläche 10 des Ultraschall-Prüfköpfes und den Sende-/Empfangsflächen 6±, 6 _j ein Vorlaufkörper 12 aus einem Kunststoff befindet, der ent- sprechend der inkrementalen Neigungswinkel ι,ι ₊ ι beispielsweise durch einen facettierten Keil gebildet ist.

In der Fig. 1 sind die Mittelachsen 14 der von den

Wandlerelementen 4i jeweils emittierten Schallbündel eingetra- gen, die sich in einem zu prüfenden Werkstück 16 in jeweils unterschiedlichen Schnittpunkten S± schneiden, wenn Winkelstellung der Wandlerelemente 4i relativ zur Koppelfläche 10, Breite b der Wandlerelemente 4i und Neigungswinkel 0(i, i ₊ i sowie Länge der durch das Vorlaufvolumen festgelegten, von der Position des Wandlerelementes 4 abhängigen Vorlaufstrecke 12 bzw. des Werkstücks 16 aufeinander angepasst sind. Dadurch können verschiedene Fokustiefen erreicht und ein großer Tiefenbereich abgedeckt werden. Zur Ansteuerung der Wandlerelemente 4i ist eine Steuer- und

Auswerteeinrichtung 17 vorgesehen, mit der durch zeitverzögerte, gemeinsame Ansteuerung von wenigstens zwei oder mehrerer benachbarter Wandlerelemente 4i der Einschallwinkel in das Werkstück 16 in einem begrenzten Winkelbereich geschwenkt wer- den kann, wie es in der Fig. 1 durch den Doppelpfeil 18 angedeutet ist. Ebenso kann der Einschallwinkel auch durch zeit ^¬ verzögerte gemeinsame Ansteuerung zweier nicht direkt benach ^¬ barter Wandlerelemente 4i, 4i ₊ geschwenkt werden. Bei einer solchen Ansteuerung kann beispielsweise das Wandlerelement 4i als Sender und das Wandlerelement 4i ₊ als Empfänger arbeiten. Zudem kann außerdem die Tiefe des Fokus im Werkstück 16 durch geeignete Zeitverzögerungsmuster verändert werden, wenn drei oder mehr benachbarte Wandlerelemente 4i gemeinsam angesteuert werden. Dies ist in der Fig. 1 durch den Doppelpfeil 19 veranschaulicht. Das Prinzip der zeitlich verzögerten Ansteuerung der Wandlerelemente 4i ist zudem in Fig. 4 dargestellt.

Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 17 ist es außerdem möglich, die Wandlerelemente 4i einzeln anzusteuern und unter Ausnutzung der von den einzelnen Wandlerelementen jeweils emittierten breiten Schallbündel eine Auswertung der empfange- nen Echosignale mit einem als SAFT bezeichneten Verfahren vorzunehmen .

In Fig. 2 sind die Schallbündel 20±, 20i ₊ i zweier nebeneinander angeordneter Wandlerelemente 4i, 4i ₊ i mit durchgezogenen Linien bzw. gestrichelt ohne Brechung an einer Grenzfläche einge ^¬ zeichnet. Die Figur veranschaulicht, wie sich durch simultane Überlagerung dieser beiden Schallbündel 20±, 20i ₊ i ein schmale ^¬ res Schallbündel 20i,i ₊ i ergibt, dessen Fokus Fi,i ₊ i schmäler ist als die Foki Fi, Fi ₊ i der Schallbündel 20±, 20i ₊ i und weiter von den Wandlerelementen 4i, 4i ₊ i entfernt ist.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Ultraschall- Prüfkopfes gemäß der Erfindung mit einer

Ultraschallwandleranordnung 2, deren Wandlerelemente 4i, hier sechs Wandlerelemente 4i bis 4ε, in einer Reihe nebeneinander auf den Zahnflanken 22 eines sägezahnförmigen Vorlaufkörpers 12 angeordnet sind.

Die einzelnen Wandlerelemente 4i sind gemäß Fig. 3 lotrecht von einem Mittelpunkt der Sende-Empfangsfläche 6± ausgehend jeweils in einem solchen Abstand d± zu der Koppelfläche 10 angeordnet, dass die Vorlaufstrecke d', also der Abstand in Richtung einer auf die Sende-Empfangsflache 6± stehenden Normalen zur Koppel ^¬ fläche 10, für jedes Wandlerelement 4i gleich lang und die Prüfempfindlichkeit für jedes Wandlerelementes 4i somit gleich ist .

Prinzipiell ist es jedoch ebenso möglich, die einzelnen

Wandlerelemente 4i derart auf dem Vorlaufkörper 12 anzuordnen, dass der Abstand d± zwischen dem Mittelpunkt der Sende- /Empfangsflache 6± der Wandlerelemente 4i und lotrecht zu der Koppelfläche 10 des Vorlaufkörpers 12 für alle Wandlerelemente 4i gleich groß ist. Ein konstanter Abstand d± ermöglicht eine einfache Ansteuerung der Wandlerelemente 4i durch die Steuer ^¬ einrichtung 17 und deren Steuersoftware, da keine Softwareanpassung im Vergleich zu einem linearen Array erforderlich ist.

Die Zahnflanken 22 des Vorlaufkörpers 12 sind gegenüber der Koppelfläche 10 in unterschiedlichen Winkeln angestellt, so ^¬ dass die Sende-/Empfangsflächen 6i bis 6e der Wandlerelemente 4i bis 4ε zueinander geneigt sind, wobei der inkrementale Nei- gungswinkel θίι,ι+ι zwischen jeweils benachbarten

Wandlerelementen 4ι,ι+ι unterschiedlich groß ist. Der

inkrementale Neigungswinkel 0(2,3 ist gemäß Fig. 3 z.B. größer als der inkrementale Neigungswinkel 0( ₁ ,2. Die Sägezähne bzw. Zahnflanken 22 des Vorlaufkörpers 12 weisen also eine unregel- mäßige Form auf, sodass die Sende- und Empfangsflächen 6 ₁ bis 6e der einzelnen Wandlerelemente 4i bis 4ε gegenüber der Kop ^¬ pelfläche 10 in unterschiedlichem Winkel orientiert sind.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die sechs

Wandlerelemente 4i so zueinander geneigt, dass der Neigungswin ^¬ kel ±, _j zwischen der Sende-/Empfangsfläche 6±, 6 _j zweier

Wandlerelemente mit der Anzahl der zwischen diesen befindli- chen Wandlerelemente 4i zunimmt. Der Neigungswinkel 0(1,3 ist so ^¬ mit dementsprechend größer als der inkrementale Neigungswinkel ι,2· Mit anderen Worten: Die Winkel unter denen die Zahnflan ^¬ ken 22 und somit die Sende-/Empfangsflachen 6± gegenüber der Koppelfläche 10 angestellt sind, nehmen in Einschallrichtung ab. Die Wandlerelemente 4i sind also in Einschallrichtung fla ^¬ cher angeordnet, sodass das Wandlerelement 4i unter dem ge ^¬ ringsten Anstellwinkel gegenüber der Koppelfläche 10 orien ^¬ tiert ist. Dadurch kann beispielsweise eine Fokussierung der einzelnen Schallbündel in verschiedenen Schnittpunkten S± erreicht werden.

Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 2 eine Steuereinrichtung 17 zum zeitverzögerten Ansteuern der Wandlerelemente 4i. Die nebeneinander angeordneten Wandlerelemente 4i werden zeitlich nacheinander angeregt, um den Einschallwinkel in das Werkstück 16 elektronisch zu schwenken oder die Ultraschallwelle zusätzlich zu fokussieren. Dabei können sowohl einzelne als auch alle Wandlerelemente 4i oder eine Gruppe aus Wandlerelementen 4i, beispielsweise zwei benachbarte Wandlerelemente 4i, 4i ₊ i, ge ^¬ meinsam betrieben werden. In Fig. 3 sind wiederum die Mittelachsen 14 der jeweils von einem Wandlerelement 4i emittierten Schallbündel und die Schnittpunkte S±, in denen sich die jewei ^¬ ligen Mittellängsachsen 14 schneiden, eingezeichnet.

In Fig. 4 ist - wie bereits oben erwähnt - dargestellt, wie die Ultraschallwandleranordnung bzw. die einzelnen

Wandlerelemente 4i angesteuert werden, um einen gewünschten Einschallwinkel sowie einen gewünschten Fokus F zu erhalten. Gemäß Fig. 4 werden die Wandlerelemente 4i bis 4ε zeitlich ver ^¬ zögert angesteuert, um einerseits den Einschallwinkel zu schwenken und andererseits eine gewünschte Fokustiefe einzu- stellen. In Fig. 4 ist eine Wellenfront 24 veranschaulicht, die zu einer Fokussierung der von den Wandlerelementen 4i, 4 ₂ , 4 ₃ zeitverzögert zueinander emittierten Ultraschallwellen im Fokus F führt. Mit einem Ultraschall-Prüfköpf gemäß der Erfin- dung kann mit einer geringen Anzahl an Wandlerelementen bei geeigneter zeitlicher Verzögerung der Ultraschallimpulse ein großer Schwenkwinkelbereich abgedeckt werden.