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Einrichtung zur automatischen Anzeige innerer Materialfehler mittels Ultraschall
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Anzeige innerer Materialfehler mittels Ultraschall.
Die Erfindung stellt eine Vervollkommnung der zerstörungsfreien Materialprüfung mittels
Ultraschall dar, welche eine automatische An- zeige innerer Materialfehler ermöglicht.
Das zerstörungsfreie Feststellen innerer Materialfehler wird häufig auf Grund des Impulsechoverfahrens durchgeführt, welches im wesentlichen in der Aussendung eines Ultraschallimpulses in den Prüfling beruht.
Der ausgesandte Impuls sowie die von Fehlstellen im Material (Lunker, Rissen u. dgl.) und der Rückwand des Prüflings reflektierten Impulse werden auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre abgebildet, und aus dem Verlauf des Oscillogrammes wird eine unmittelbare Schlussfolgerung, betreffend Grösse und Verteilung der inneren Materialfehler des Prüflings gezogen.
Ein Nachteil der erwähnten Materialprüfgeräte ist, dass sowohl zur Bedienung als auch zur Auswertung des Oszillogrammes (d. h. zum Bestimmen der Lage und der annähernden Grösse des Fehlers) nicht nur eine geübte Fachkraft, sondern auch eine verhältnismässig lange Zeit erforderlich ist. Dieser Nachteil macht sich besonders beim Feststellen von inneren Materialfehlern bei Serienerzeugnissen fühlbar, wo bei gleichen Abmessungen, gleicher Form und gleichem Material trotzdem jedes Stück selbständig so untersucht werden muss, als handle es sich um ein einzelnes Werkstück.
Dieser Nachteil wird durch die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung beseitigt, welche die Durchführung einer Anzeige innerer Materialfehler automatisch nach einmaliger Einstellung an einer ganzen Serie von Werkstücken ermöglicht. Man kann daher in solchen Fällen eine Fachkraft durch eine nichtqualifizierte Kraft ersetzen. Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann vorzugsweise mit einer automatischen Sortiervorrichtung verbunden werden, welche die ge- prüften Werkstücke in zwei Qualitätsklassen sortiert : Fehlerhafte und solche, die in einer bestimmten Zone keine natürlichen Inhomogenitäten (Fehler) oder keine künstlichen In- homogenitäten (z. B. Bohrungen u. dgl.) aufweisen. Die erfindungsgemässe Einrichtung hat den Vorteil, dass sie eine Ergänzung der üblichen Impulsprüfgeräte darstellt.
Durch diese zusätzliche Einrichtung wird jedoch weder das Prüfgerät selbst, noch seine Wirkungsweise geändert, so dass mit demselben im Bedarfsfalle auch eine individuelle Fest- stellung innerer Materialfehler in üblicher Weise durchgeführt werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Anzeige innerer Materialfehler bzw. anderer Inhomogenitäten auf Grundlage des Ultraschall-Impulsechoverfahrens. Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, dass zur Ergänzung der üblichen Impulsechoapparatur an sich bekannte Elemente benutzt werden, durch welche die die Materialfehler kennzeichnenden Impulse einem Rechteckimpuls, dessen Dauer der Länge des untersuchten Abschnittes entspricht, überlagert werden, und das Ergebnis dieser Impulsmischung einer geeigneten, auf einen bestimmten Anspruchswert eingestellten Anzeigeeinrichtung zugeführt wird, wobei zur Erzeugung des erwähnten Rechteckimpulses z.
B. ein Univibrator oder eine ähnliche Anordnung zusammen mit einem Differentiationsgliede, welche den Anfang des Rechteckimpulses festlegen, sowie ein zweiter die Dauer des genannten Rechteckimpulses bestimmender Univibrator oder eine ähnliche Anordnung verwendet werden.
Weist das Material keine Fehler auf, oder sind die Fehler kleiner, als dem im vorhinein eingestellten Wert des reflektierten Impulses entspricht, so betätigt dieser Impuls die Signalisier- odler Sortiervorrichtung nicht. Im entgegengesetzten Falle findet eine Anzeige statt, d. h. die Signalisier-oder Sortiervor- richtung wird in Tätigkeit gesetzt. Als Anwendungsbeispiel dieses prinzipiellen Ver-
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fahrens werden eine einfache zusätzliche An- ordnung zur Bildung und Einstellung des be- sagten rechteckigen Impulses und ein Schal- tungsschema, welches seine weitere Verar- beitung zwecks Signalgabe zeigt, angeführt.
Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der beigefügten Zeichnungen, welche eine beispielsweise Ausführung der Erfindung zeigen, näher erläutert.
In Fig. 1 ist mit schwachen Linien das Blockschema einer üblichen Ausführung eines Impulsechoprüfgerätes gezeichnet, welches aus einem Sender 1, einem elektroakustischen Wandler 2, einem Verstärker 4 und einem Kathodenstrahloszillograph 13 besteht. An diesen üblichen Apparat wird eine zusätzliche Einrichtung gemäss der Erfindung angeschlossen, die im Blockschema mit starken Linien gezeichnet ist. Für diese zusätzliche Einrichtung werden die folgenden, an sich bekannten Elemente verwendet : Zwei Kippschaltungen mit nur einer stabilen Lage (Univibratoren) 5 und 8, zwei Differentiationsglieder 6 und 9, zwei Additionsschaltungen (Mischstufen) 7 und 10 sowie eine Anzeigeeinrichtung 11, die entweder einen Signalgeber 12 oder eine Sortiervorrichtung 14 betätigt.
In Fig. 2 sind zwecks Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung die Impulsformen in verschiedenen Teilen der Apparatur dargestellt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung arbeitet folgendermassen :
Der Sender 1 erzeugt in üblicher Weise elek, trische Hochfçequenzimpulse - V tFig. 2a), die der Wandler 2 in Ultraschallimpulse umsetzt und in den Prüfling 3 sendet. Dieser hat die Dicke T, in deren Abschnitt U eventuelle Inhomogenitäten festgestellt werden sollen.
Die von den inneren Materialfehler 0, P, Q (Fig. 2a) und von der Hinterwand 2 reflektierten Ultraschall-Impulse werden wiederum durch den Wandler 2 empfangen, in entsprechende elektrische Impulse umgesetzt und über eine Verstärker- und Gleichrichter-Anordnung {Empfänger) 4 dem Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 13 zugeleitet, auf deren Bildschirm ein Oszillogramm entsteht. wie es in Fig. 2a dargestellt ist.
'Der Sendeimpuls V löst gleichzeitig den Univibrator 5 aus, welcher einen rechteckigen Impuls A (Fig. 2b) erzeugt. Mittels der Schaltung 6 werden die Impulse A differentiiert, wodurch zwei scharfe Nadelimpulse Bund C (Fig. 2c) entstehen. Der Impuls B ist zeitlich mit dem Sendeimpuls V iden- tisch. Der Impuls G ist um ein Zeitintervall verschoben, welches der Zeit entspricht, die die Ultraschallwelle zum Durchlaufen der Strecke vom elektroakustischenWandler 2 zum Anfang des Abschnittes Ù (Fig.'1) und zurück benötigt. Dieser Impuls C wird über die Mischstufe 7 dem Ablenkungssystem der Kathodenstrahlröhre zugefügt, wo er zur Anzeige des Anfangs des Abschnittes U dient.
Bei kontinuierlicher Änderung der Länge des rechteckigen Impulses A (d. h. durch Änderung der Zeitkonstante des Univibrators kann der Anfang dieses Abschnittes U ebenfalls kontinuierlich geändert werden.
Der Impuls C löst einen zweiten Univibrator 8 aus, der einen rechteckigen Impuls D (Fig. 2d) erzeugt, dessen Dauer so eingestellt wird (durch Änderung der Zeitkonstante des Univibrators 8), dass sie der Zeit entspricht, die die Ultraschallwelle zum Durchlaufen des Abschnittes U von seinem Anfang bis zu seinem Ende und wieder zurück zum Anfang benötigt. Der Impuls D wird in der Schaltung 9 differentiiert, wodurch die Impulse E und F (Fig. 2e) entstehen. Von diesen wird der Impuls F wiederum dem Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 13 zugeführt, wo er das Ende des untersuchten Abschnittes U kennzeichnet. Die Impulse V.
0, P, Q, Z (nach Fig. 2a) werden vom Empfänger 4 einerseits dem Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 13, anderseits der Mischstufe 10 zugeführt, in welcher sie dem rechteckigen Impuls D aus dem Univibrator 8 überlagert werden.
Der Ausgang der Mischstufe 10 ist an die Anzeigeeinrichtung 11 angeschlossen. Diese Einrichtung reagiert nur auf diejenigen reflektierten Impulse, die unmittelbar dem Rechteckimpuls D überlagert sind und deren Amplitude einen bestimmten Wert x überschreitet (Fig. 2f-z. B. Impulse 0'), d. h. deren Amplitude, vergrössert um die Amplitude S des Rechteckimpulses D einen einstellbaren Wert y überschreitet. Auf Impulse kleinerer Amplitude als x (z. B. Impuls P') oder auf Impulse ausserhalb der Dauer
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Eine solche Anzeigevorrichtung 11 kann z. B. durch ein Thyratron gebildet werden, dessen Steuerelektrode eine bestimmte konstante negative Vorspannung y hat. Sobald ein Impuls den Wert y erreicht, oder ihn übersteigt, zündet das Thyratron und setzt entweder den Signalgeber (z. B. eine Glühlampe 12-Fig. 1) oder die mechanische Sortiereinrichtung. M in Tätigkeit, welche das geprüfte Werkstück ausscheidet oder als fehlerhaft kennzeichnet.
Beim automatischen Prüfen dient die Kathodenstrahlröhre 13 lediglich als Indikator bei der Wahl des untersuchten Abschnittes U. Das Oszillogramm auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 13 ist in Fig. 2g veranschaulicht. Die Impulse C und F be- zeichnen klar den geprüften Abschnitt U.
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Die Wahl des Abschnittes wird hauptsächlich deshalb ermöglicht, da man oft Werkstücke bereits während des Herstellungsvorganges, d. h. so lange sie noch nicht in ihrer endgültigen Form bearbeitet sind, prüft. In einem solchen Falle müssen nur diejenigen Fehler in Betracht gezogen werden, die sich in einer nach der endgültigen Bearbeitung verbleibenden bestimmten inneren Zone befinden. In anderen Fällen sind für das Ausscheiden eines Werkstückes nur Fehler von einer bestimmten Grösse und Orientierung ausschlaggebend.
Für derartige Fälle ist das Verfahren und die Einrichtung zur automatischen Anzeige gemäss der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, hat jedoch ebenfalls auch in anderen Fällen unbestreitbare Vorteile.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann vorteilhaft als ein Zusatzgerät zum üblichen Impulsprüfgerät ausgebildet werden. Hiebei bleiben alle ursprünglichen Teile (Sender, Empfänger, Zeitbasisgerät und Zeitsignalgeber) unverändert, so dass ein und dasselbe Impulsprüfgerät auch weiterhin zur üblichen Feststellung von Fehlern bei einzelnen Werk- stücken verwendet werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur automatischen Anzeige innerer Materialfehler bzw. anderer Inhomogenitäten auf Grundlage des UltraschallImpulsechoverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ergänzung der üblichen Impuls- echoapparatur (1, 2,4, 13) an sich bekannte Elemente benutzt werden, durch welche die die Materialfehler kennzeichnenden Impulse (0, P, Q, Fig. 2a) einem Rechteckimpuls (D, Fig. 2d), dessen Dauer der Länge (U, Fig. 1) des untersuchten Abschnittes entspricht, überlagert werden, und das Ergebnis dieser Impulsmischung (Fig. 2f) einer geeigneten, auf einen bestimmten Anspruchswert (y) eingestellten Anzeigeeinrichtung zugeführt wird, wobei zur Erzeugung des erwähnten Rechteckimpulses (D) z.
B. ein Univibrator oder eine ähnliche Anordnung (5, Fig. 1) zusammen mit einem Differentiationsgliede (6), welche den Anfang des Rechteckimpulses (D) festlegen, sowie ein zweiter die Dauer des genannten Rechteckimpulses (D) bestimmender Univibrator (8) oder eine ähnliche Anordnung verwendet werden.