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Verfahren zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall
Bei der Werkstoffprüfung mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren werden insbesondere dann, wenn bei grösseren Werkstücken hohe Prüfgeschwindigkeiten gefordert und eine voll- oder halbautomatische Prüfung durchgeführt werden soll, bereits häufiger mehrere Tastköpfe verwendet, von denen jeder einen Streifen des Werkstückes abtastet, so dass aus den einzelnen Prüfspuren die Fehler des gesamten Werkstückes ermittelt werden können. Werden nun mehrere Tastköpfe gleichzeitig betrieben, dann ist es notwendig, mit hohen Sendeleistungen zu arbeiten und bevorzugt für jeden Tastkopf eigene Echoempfangsanlagen vorzusehen, die die erhaltenen Daten gesondert verwerten.
Das gesamte automatische Prüfgerät wird daher äusserst aufwendig, wobei noch zu bedenken ist, dass die Auswertung der meist mit Hilfe von Schreibern aufgezeichneten Messergebnisse umständlich ist und vor allem zusätzlich eine automatische Kontrolle darüber durchgeführt werden muss, ob die einzelnen Tastköpfe richtig arbeiten. Hier besteht noch die Gefahr, dass beim gleichzeitigen Betrieb mehrerer Tastköpfe diese von andern Tastköpfen abgegebene Impulse empfangen und beispielsweise als Fehlerechos zur Registrierung bringen, obwohl es sich eben nur um eine Störung, aber keinen echten Werkstückfehler handelt.
Um die Prüfung und insbesondere die zu ihrer Durchführung verwendeten Geräte zu vereinfachen, wurden bereits mechanische Umschalter vorgesehen, die die einzelnen Tastköpfe zyklisch nacheinander mit dem Prüfgerät, das dann nur mehr einen Sender und Empfänger benötigt, verbinden. Die Umschalter sind dabei als von Hand aus oder motorisch verdrehbare Walzenschalter ausgebildet.
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schaltzeitpunkt eben ein Sendeimpuls einlangt, der dann nicht oder nur verstümmelt weitergeleitet wird.
Da zufolge der mechanischen Schaltung nur eine relativ niedrige Umschaltfrequenz eingehalten werden kann, ergibt sich bei normalen Prüfgeschwindigkeiten nur eine lückenhafte, meist schachbrettförmige Untersuchung des Werkstückes, so dass viele vorhandene Fehler übersehen werden.
Verwendet man zwecks Beseitigung dieser Nachteile statt der mechanischen Umschalter elektronische Umschalter, dann lassen sich bedeutend höhere Umschaltfrequenzen erzielen, da elektronische Umschalter praktisch keine Trägheit besitzen. Mit elektronischen Umschaltern lassen sich Umschaltfrequenzen bis zur höchsten sinnvollen Grenze erzielen, welche Grenze dann erreicht ist, wenn die Umschaltfrequenz der Impulsfolgefrequenz entspricht, so dass bei jedem Zyklus jeder Tastkopf nur einen Sendeim puls ausstrahlt und das zugehörige Echo empfängt.
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bzw. Werkstückvor -genüber dem Werkstück zurücklegt, als die Länge der prüfenden Tastkopffläche ausmacht.
Bei einer derartigen Umschaltung ist es äusserst schwierig, die Arbeitsweise der einzelnen Tastköpfe zu überwachen und auftretende Fehler sicher zur Anzeige zu bringen.
Üblicherweise wird eine Kontrolle in der Weise durchgeführt, dass man das Rückwandecho. das im Tastkopf jeweils wieder in einen elektrischen Impuls umgesetzt wird, mit Hilfe eines Stromtores ausblen- det und einer Signaleinheit zuführt. Falls das Rückwandecho ausbleibt, dann soll bei dieser Anordnung
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ein Signal ausgelöst werden. Hier ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten, weil die bekannten, zur Verfügung stehenden Signaleinheiten Ansprechzeiten aufweisen, die häufig länger als die Impulsdauer der Sende- und Echoimpulse sind. Bleibt nun das Rückwandecho nur für eine Zeitspanne aus, die unter der Ansprechzeit der Signaleinheit liegt, dann wird der entsprechende Fehler nicht angezeigt.
Es ist also auch bei dieser Ausführung keine einwandfreie Kontrolle und Prüfung gewährleistet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall, bei dem mehrere, Schallsender und -empfänger enthaltende Tastköpfe mit dem Prüfstück in Eingriff gebracht und wechselweise mit wenigstens einem Ultraschallmaterialprüfgerät verbunden werden.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass die ausgehenden Sendeimpulse und die einlangenden Rückwandechoimpulse gesondert über Zählwerke gezählt, die Zählresultate vorzugsweise periodisch miteinander verglichen und auftretende Differenzen der Zählwerte über Signalgeber z. B. Anzeige-, Registrier-bzw. Markiervorrichtungenod. dgl. als Fehler erfasst werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Zählwerke so kurze Ansprechzeiten besitzen können, dass sie ohne weiteres in der bei Ultraschall-Materialprüfgeräten üblichen Impulfsfolgefrequenz arbeiten. Durch Vergleich der Zählresultate der beiden Zählwerke in periodischen Zeiträumen lässt sich feststellen, ob in der vergangenen Zählperiode-Differenzen - die Fehlern entsprechen - aufgetreten sind oder nicht. Für den Vergleich der Zählresultate und insbesondere für die fallweise bei Differenzen durchzuführende Aus- steuerung der Signalvorrichtungen od. dgl. stehen ausreichende Schaltzeiten zur Verfügung, so dass hier keine Fehler auftreten können.
Erfindungsgemäss wird vorgesehen, dass die Tastköpfe zyklisch in einer von der Impulsfolgefrequenz abhängigen Umschaltfrequenz mit dem Prüfgerät verbunden werden. Die Verhältnisse der beiden Frequenzen werden dabei bevorzugt so gewählt, dass sich die Umschaltfrequenz als ganzzahliger Bruch aus der Impulsfolgefrequenz ergibt. Beträgt beispielsweise die Umschaltfrequenz ein Viertel derImpulfsfolge- frequenz, dann wird jeder Tastkopf bei einem Zyklus für die Zeitdauerivon vier Sendeimpulsen mit dem Materialprüfgerät verbunden.
Um durch kleine Fehler hervorgerufene Fehleraufaddierungen, die zu einem Ansprechen des Signalgebers zu falschen Zeitpunkten führen könnten, zu vermeiden, werden die Zählwerke nach jedem Vergleich ihres Synchronlaufes und der allfälligen Auslösung des Signalgebers auf den Anfangswert zurückgestellt. Man erhält also genau Auskunft darüber, in welchem Teil des Prüfstückes ein Fehler aufgetreten ist, da jede durch einen Vergleich abgeschlossene Zählperiode einer bestimmten Werkstückzone entspricht.
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ob tatsächlich für jeden Sendeimpuls, der abgegeben wurde, ein Rückwandecho einlangte, ist für die meisten Aufgaben nicht einmal erwünscht, weil das Ausbleiben eines einzigen Echos auch auf andern Stö rungen als einem tatsächlich vorhandenen Fehler im Werkstück beruhen kann.
Insbesondere kann ja der Tastkopf bei automatischem Betrieb durch Rütteln od. dgl. für diesen kurzen Augenblick vom Werkstück abgehoben haben, so dass dann nicht vorhandene Fehler registriert würden. Bleiben allerdings mehrere Rückwandechos hintereinander aus, dann ist mit grösster Wahrscheinlichkeit auf einen Fehler zu schlie- ssen, der also auch registriert werden muss.
Um diese Bedingung zu erfüllen, können beim erfindungsgemässen Verfahren bei jedem Prüfungszyklus über jeden Tastkopf zwei oder mehrere Sendeimpulse abgegeben werden und einerseits die Anzahl derImpulsgruppen, anderseits aber für jede Impulsgruppe nur ein Rückwandecho gezählt werden, so dass der Signalgeber nur dann ausgelöst wird, wenn zu einer Sendeimpulsgruppe kein einziges Rückwandecho einlangt, weil dann, wie erwähnt, mit grösster Wahrscheinlichkeit auf einen Werkstückfehler geschlossen werden muss. Durch diese Ausführung wird eine grosse Betriebssicherheit erzielt und man hat es überdies durch Einstellung verschiedener Umschaltfrequenzen in der Hand, die Empfindlichkeit an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen.
Damit vorhandene Fehler auf jeden Fall registriert werden, kann man ferner Begrenzer vorsehen, so dass dann nur Rückwandechos, deren Absolutwert ein bestimmtes, voreinstellbares Mass übersteigt, gezählt werden.
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leitung 2 einem Umschaltgerät 3 zugeführt, an das über Leitungen 4 mehrere, jeweils als Ultraschallsender und-empfänger dienende Tastköpfe 5 angeschlossen sind. Vom Materialprüfgerät 1 führt eine Leitung 6 zu einem Impulsuntersetzer 7, der vorzugsweise verstellbar ausgebildet. ist und auf eine Leitung 8 Umschaltimpulse legt, deren Frequenz als Absolutwert gesehen vorzugsweise ein ganzzahliger Bruch der über die Leitung 6 zugeführten Impulsfolgefrequenz ist.
Von der Leitung 8
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führt eine Leitung 9 zum Umschaltgerät 3 und eine weitere Leitung 10 zu einem Stromtor 11.
Das Umschaltgerät schaltet in der Umschaltfrequenz zyklisch nacheinander über elektronische Schalter die Tastköpfe 5 an die Leitung 2 und damit an den Ausgang des Gerätes 1. Jedem Tastkopf wird also innerhalb eines Zyklus eine Anzahl"n"von Sendeimpulsen zugeführt, wobei "n" wenigstens den Ab- solutwert"l"auf weist.
Wie ersichtlich, ist das Stromtor 11 über weitere Leitungen 12 bzw. 13 mit einem Stromtor 14, das über eine Leitung 15 mit dem Gerät 1 in Verbindung steht und ein Zählwerk 16 verbunden.
Das Zählwerk 16 t über eine Leitung 17 mit einem weiteren Stromtor 18 verbunden, an das über eine Leitung 19 eine Signalanlage 20 angeschlossen ist. Schliesslich sind noch das Zählwerk
16 und das Stromtor 18 über Leitungen 21,22 an einem eigenen Ausgang des Umschalters 3 an- geschlossen.
Die vom jeweils eingeschalteten Tastkopf empfangenen Impulse werden vom Ausgang des Gerätes 1 über die Leitung 15 dem Stromtor 14 zugeleitet, dessen Öffnungs- und Schliesszeiten so eingestellt sind und für verschiedene Werkstücke naturgemäss so verstellt werden können, dass dieses Stromtor aus- schliesslich durch Rückwandechos aus dem Werkstück erzeugte Impulse durchlässt, die dann über eine
Leitung 12 zum Stromtor 11 gelangen können. das seinerseits in Form einer Kippschaltung so aus- geführt ist, dass es durch einen über die Leitung 12 zugeführten Impuls geöffnet, durch einen über die
Leitung 10 kommenden Impuls aber (der über die Leitung 13 auch nach 16 gelangt) geschlossen wird.
Es wird dadurch erreicht, dass dann, wenn zwischen zwei Impulsen vom Impulsuntersetzer 7 zu- mindest ein Rückwandecho einlangt, der ankommende zweite Umschaltimpuls nicht nur das Umschaltgerät
3 im Sinne einer Anschaltung des nächstfolgenden Tastkopfes betätigt, sondern auch über das für ihn of- fene Stromtor 11 zum Zählwerk 16 gt langen kann und dieses um eine Stufe weiterschaltet. Trifft zwischen zwei Impulsen von 7 kein Rückwandechoimpuls über 14 ein, dann lässt das Stromtor 11 den zweiten Umschaltimpuls nicht durch und das Zählwerk 16 wird nicht weitergeschaltet.
Das Umschaltgerät 3 und das Zählwerk 16 laufen also nur dann synchron, wenn zwischen zwei
Umschaltimpulsen von 7 zumindest ein Rückwandechoimpuls hinreichender Stärke eintrifft. Trifft dies nicht zu, dann bleibt zunächst das Zählwerk hinter dem Umschaltgerät zurück. Sind an das Umschalt- gerät 3 Prüfköpfe in einer Anzahl "m" angeschlossen, dann stellt der" (m + l)"telmpuls das Umschalt- gerät 3 wieder auf den ersten Prüfkopf zurück.
Das Umschaltgerät 3 erfüllt praktisch innerhalb der dargestellten Schaltung die zusätzliche Funktion eines von "1" bis "m" zählenden Zählwerkes, das jeweils beim Erreichen von "m" mit dem Zähl- werk 16 verglichen wird. Das Umschaltgerät gibt bei der Rückstellung auf die Leitung 21,22 einen Rückstellimpuls ab, der auf jeden Fall das Zählwerk 16 in die Ausgangslage zurückstellt. Bei Synchronlauf mit dem Umschaltgerät stellt das Zählwerk 16 beim Erreichen der letzten Stufe über die Leitung 17 das Stromtor 18 in Schliessstellung, so dass der über die Leitung 22 einlangende Rückstellimpuls das Stromtor 18 nicht passieren kann.
Ist das Zählwerk 16 aber hinter dem Umschaltgerät 3 zurückgeblieben und steht also beim Einlangen des Umschaltimpulses nicht auf dem Wert "m", sondern auf einem Wert zwischen "1" und "(m - 1)", dann ist das Stromtor 18 beim Einlangen des Rückstellimpulses über 22 offen. dieser Impuls gelangt über die Leitung 19 zum Signalgeber 20 und löst diesen aus. Es wird also ein Fehler angezeigt. Als Signalgeber können optische oder akustische Signalgeber, Fehlerschreiber, Fehlermarkiervorrichtungen, die den Fehler unmittelbar am Prüfstück markieren, oder auch Abstellvorrichtungen für die Anlage vorgesehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall, bei dem mehrere, Ultraschallsender und-emp- fänger enthaltende Tastköpfe mit dem Prüfstück in Eingriff gebracht und wechselweise mit wenigstens einem Ultraschall-Materialprüfgerät verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehenden Sendeimpulse und die eingehenden Ruckwandechoimpulse gesondert über Zählwerke (3, 16) gezählt, die Zählresultate vorzugsweise periodisch miteinander verglichen und auftretende Differenzen über Signalgeber, z. B. Anzeige-, Registrier- bzw. Markiervorrichtungen od. dgl. (20) als Fehler erfasst werden.