CH299408A - Verfahren zur Materialprüfung mittels Ultraschall. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Materialprüfung mittels Ultraschall.



   Es sind bereits verschiedene Verfahren be  kanntgeworden,    mit   deren Hilfe Materialfeh-    ler bzw. Schweissfehler an'Werkstücken unter Verwendung'von Ultraschallwellen   nachgewie-    sen werden sollen. Das einfachste Verfahren ist, mittels Ultraschallwellen ein Werkst ck zu   durchstrahlen    und mit einem Empfänger die durchgelassene oder reflektierte Ultraschallenergie zu messen. Beim Vorhandensein von   Storstellen    im Werkstück wird die Schallstrahlung an diesen reflektiert, was sich durch eine Schwächung der auf den Empfänger ge  langenden Ultrasehallenergie    beim Durch  strahlungsverfahren, bzw. eine Erhöhung    beim Reflexionsverfahren bemerkbar macht.

   Es ist auch bekannt, die Frequenz des   Ultrasehall-      senders    zu wobbeln, um den Einflu¯ störender   Interferenzen    bzw. Resonanzen zu vermin  dern.    Ebenfalls sind von der   Radiartechnik    übernommene Verfahren bekanntgeworden, die mit Ultraschallimpulsen arbeiten, und bei denen die Empfangsimpulse auf einer Braunsehen Rohre zur Anzeige   gebraeht    werden.



  Alle diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie im allgemeinen mehrdeutig sind, grosse Vorkenntnisse bei d'er Deutung des Befundes erfordlern und nicht immer die   Störstelle    mit absoluter Sicherheit nachweisen.



   Erfindungsgemϯ erfolgt die Pr fung von Werkstücken auf Material- bzw. Schwei¯fehler mittels Ultraschall dadurch, dass durch elektrische Einrichtungen eine oder mehrere Ultraschallstrahlen bestimmter Laufzeit ausgesiebt und zur Anzeige der   Material-bzw.   



  Schwei¯fehler benutzt werden.



   Von der Vielzahl   d'er Ultraschallstrahlen,    die durch Reflexion oder   Mehrfachreflexion    an den GrenzflÏchen des Werkst ckes den Empfänger erreichen können, sollen die meisten oder alle derart unterdrückt   werden, daB    nur solche Strahlen den Empfänger erreichen, die an einer aufzufindenden Störstelle reflektiert oder im durchfallenden Strahlengang durch die   sstörstelle geschwächt    worden sind Indem man sich auf Strahlen bestimmter   Laufzeiten    beschränkt, kann man   insbeson-    dere bei vorzugsweise   plattenförmigen Werk-    stüeken Strahlen eines ganz bestimmten, vor  gegebenen Zickzackweges aussieben, dae    man insbesondere so wählen kann,

     daB    sie durch   die eventuell vorhandene Störstelle    unterbrochen werden. Ist die vermutete Störstelle vor  handen,    so kommt also   in diesem Fâlle    am Empfänger keine Energie an.



   Es ist zweckmässig, mit   Impulsen veränder-    licher Impulsbreite und veränderlicher Impuls folgefrequenz zu   arbeiten und den Empfän-    ger durch den Impulsgenerator in solcher Weise zu beeinflussen, da¯ er periodisch mit der Impulsfolgefrequenz nur eine bestimmte, in ihrer Phase sowohl als in ihrer Dauer ver  änderliche    Zeit eingeschaltet ist. Dabei soll die Breite des vom Empfänger erfassten Lauf  zeitintervalles insbesondere    auch unabhängig von der Breite der   Sendeimpulse    geregelt werden können.

   Es kann aber auch vorteilhaft   sein, durch besondere Schaltmassnahmen    die   Durchlassbreite    dieses sogenannten Laufzeitfilters, also die Dauer, wÏhrend deren der Empfänger durchlässt, mit der   Phasenver-    schiebung des einstellbaren   Einsehaltimpulses    derart zu koppeln, dass diese Dauer mit zunehmender Verzögerung immer kleiner wird.



  Je mehr Zeit seit dem Aussenden des Sendeimpulses verstrichen ist, um so mehr   häufen    sich nÏmlich die   von verschiedenen Weg-    streeken eintreffenden Empfangsimpulse. Von diesen mochte man nur wenige oder nur einen einzigen vom Empfangsverstärker   durchge-    lassen wissen. Durch dieses Laufzeitfilter ist es also möglich, aus der Vielzahl der ankommenden   Ultraschallimpulse    einzelne   herauszu-    sieben   und dadureh    nur die Ultraschallenergie zu messen, die auf ganz bestimmten Wegen zum Empfänger gelangt. Liegt nun eine Störung in diesem Weg, so wird sich dlies am Empfänger dureh Fehlen des zugeordneten Impulses bemerkbar machen.

   Man kann auch durch Auswahl geeigneter Laufzeiten den   ent-      gegengesetzten    Effekt erzielen, nämlich den, da¯ ohne das Vorhandensein der   Störstelle    überhaupt keine Energie den Empfänger erreicht, während gerade durch das Auftreten der   Storstelle ein laufzeitmässig richtig    liegender Impuls zum Empfänger reflektiert wird.



   Es kann dabei sowohl mit getrenntem    Sende und Empfanskopf gearbeitet werden    als auch unter Verwendung des gleichen Kop  fes, der nacheinander als. Sender und    EmpfÏnger arbeitet. Wird der gleiche Kopf zum Senden und Empfangen verwendet, so ist selbstverständlich eine besondere   Sperrvor-    richtung erforderlich, um die hohe Sendespannung vom EmpfÏnger fernzuhalten. Als solche kann eine elektrische Weiche verwen  detwerden,dieden    direkten Weg vom HF Sender zum Empfangsverstärker sperrt, ohne die Wege vom HF-Sender zum Schallkopf und vom   Sch'allkopf    zum Empfangsverstärker nennenswert zu dämpfen. Solche Weichen sind aus der   Niederfrequenztechnik bekannt    und werden hier im Gebiet hoher Frequenzen entsprechend verwendet.



   Um eine Mehrdeutigkeit der Anzeige auszuschalten, ist ein Amplitudensieb vorgesehen,   mittelsdessen'Impulse,    die unterhalb eines bestimmten Energiepegels liegen, nicht mehr verstärkt und angezeigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, solche Mehrfaehreflexionen zu unterdrücken, die noch vom vorletzten Impuls herrühren und erst den   Empfän-    ger erreichen, wenn bereits   der nächste Im-    puls ausgesendet worden ist. Die Impulsfolgefrequenz ihrerseits wird so eingestellt, dass derartige verspätet ankommende Impulse unterhalb des Schwellwertes des Amplitudensiebes bleiben.

   Das   Amplitudensieb    ermöglicht gleichzeitig eine sogenannte e "Schwarz-Wei¯  Anzeige  ,    also die Verwendung eines Indikators, der lediglich das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers einer bestimmten Grösse anzeigt.



   Durch die Möglichkeit, den Durchlassbereich des empfängerseitigen   Laufzeitfilters      seoir-en    stellen zu können, wird das Auf  lösungsvermögen wesentlich    gesteigert, ohne dass die Ablesung des Resultates komplizierter wird.



   Die Anzeige der Messwerte kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein mit der Impulsfrequenz synchron rotierender Schalter die Empfänger-Ausgangsspannung auf verschiedene   Anzeigeorgane,    beispielsweise Gl hlampen gibt., die rÏumlich nebeneinander angeordnet, den verschiedenen   Laufzeiten zuge-    ordnet sind. Natürlich kann man an Stelle dieses mechanisch arbeitenden Systems auch eine Braunsche Rohre verwenden. Dabei ist zunächst daran gedacht, von Hand den Phasenschieber des Empfängers zu betätigen und auf einen gewiinschten   Laufzeitbereich    einzustellen. Man kann aber auch diesen Phasenschieber mit einer gegenuber der Impulsfolgefrequenz kleinen Frequenz antreiben, so dass ¯ der ganze in Frage kommende Laufzeitbereich überstrichen wird.

   Dadurch werden die zeitlieh nacheinander auftretenden Impulse durch die geschilderte Schaltanordnung gleichzeitig und nebeneinander zur gebracht. Es ist ferner daran gedacht., eine besondere Vorrichtung vorzusehen, mittels deren die einzelnen Impulse gespeichert werden können, um ein stehendes Bild zu   erzeu-    gen. Es kann aber auch, wenn der Ort der   vermuteten    Störstelle von der Natur vorgegeben ist, zum Beispiel bei der Prüfung einer Schwei¯naht auf Schweissfehler, eine bestimmte Laufzeit und Laufzeitbreite fest eingestellt werden und beispielsweise mit einer Glimmlampe das Fehlen oder Vorhandensein eines Fehlers angezeigt werden.



   Ferner ist es auch   möglieh,    den Ultrasehallsender beispielsweise sägezahnförmig in seiner Frequenz zu modulieren. Dadurch werden   gleichzeitig-auf      versehiedenen    Wegen   -verschiedene    Frequenzen den Empfänger erreichen, welche bei Vorhandensein eines niehtlinearen Gliedes zum Auftreten von   Kombinationsfrequenzen führen.    Die Zahl der sich ausbildenden Kombinationsfrequenzen lässt sich sehr einfach dadurch einschränken, dass man dieses Verfahren mit dem oben ge  schilderten kombiniert und während    eines   Frequenzhubes    den   Sendekopf    nur während eines kurzen Zeitintervalles impulsartig tastet.



  Sieht man auch jetzt am Empfänger ein Laufzeit. filter vor, das, wie oben beschrieben, von der Impulsfolgefrequenz des Senders gesteuert wird, so wird der   während der Durchlass-    dauer eintreffende   Empfangsimpuls    eine ganz bestimmte Frequenz aufweisen. Überlagert man diesem Empfangsimpuls eine Wechsel  spanmmg,    die direkt vom Sender zum Empfänger  bertragen wird, so entsteht eine Kombinationsfrequenz,   d'eren    Höhe ein Mass für die Laufzeit ist. Macht man den   Modulation.s-      bub undr    die ModuTationsfrequenz des Senders verÏnderlich, so lassen sich wieder für alle vorkommenden Fälle bzw. Formen der Werk  stücke geeignete Laufzeitspektren    entwickeln.



  Man kann die sich ausbildenden Modulations   töne durch ein veränderliches Frequenzsieb    voneinander trennen und ähnlich wie oben zur Anzeige verwenden.



   Es ist des weiteren bekannt, unter Ausnutzung der Richtcharakteristik von Schallgebern und   Schallempfängern,    die hierzu besonders eingerichtet sind, eine bestimmte   Ausbrei-      tungsrichtung    in der Übertragung zu bevor  zugen. Kombiniert    man dieses Verfahren mit der Einrichtung, die gestattet, eine oder meh  zere    Ultraschallwellen bestimmter Laufzeit auszusieben, so lässt sich die Unterdrückung nicht gewollter   Ausbreitungswege    in noch einfacherer und besserer Weise durchführen.



   Gleichzeitig lassen sich die geschilderten Verfahren dadurch zu einer noch grösseren   Genauigkeit d'er Anzeige    ausarbeiten, dass man gleichzeitig   mitl zwei getrennten Sehall-    empfängern arbeitet, bei denen das Auftreten bzw. das Fehlen eines Empfangsimpulses, hervorgerufen durch die   Störstelle,    komplementär sind. Diese Anzeige ist nicht nur als solche sicherer, sondern sie erlaubt gleichzeitig, mit grösserer Genauigkeit Rück  schlüsse    auf die Lage der Störstelle zu ziehen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Prüfung von Werkstücken auf Material-bzw. Schweissfehler mittels Ul- traschall, dadurch gekennzeichnet, dass durch elektrisehe Einrichtungen ein oder mehrere Ultraschallstrahlen bestimmter Laufzeit ausgesiebt und zur Anzeige der Material-bzw.

   Schwei¯fehler benutzt werden.

   UNT'ERANSPRÜCHE : 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei räumlich getrennten Stellen des Prüflings die eine mittels Ultrasehallvellen erregt, die andere von einem Ultraschallempfänger abgetastet wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der gleiehe Sehall- kopf zum Senden und Empfangen der Ultraschallwellen dient und zur Trennung von Sende- und Empfangskanal eine elektrische Weiche verwendet wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, d'ass periodisch Ultra schallimpulse gesendet werden, und dass emp fangsseitig ein variables Laufzeitfilter verwen det wird, das aus dem ankommenden Spek trum verschiedener, auf verschiedener Lauf- zeit beruhender Impulse einen einstellbaren Bereich einstellbarer Breite heraussiebt, und dass die Impulse dieses Bereiehes zur Anzeige gebracht werden.

   4. Verfahren nach Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Sperrvorrichtung der direkte Sendeimpuls empfangsseitig zusät. zlieh gedämpft wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erlangen einer Sehwarz-Weiss-Anzeige am Empfänger ein Amplitudensieb vorgesehen ist, um ankommende Impulse, die unter einer einstellbaren Mindestamplitude liegen, zu unterdrücken.

   6. Verfahren nach Patentanspruch, dadtirch gekennzeichnet, da¯ der Ultraschallsender von einem Impulsgenerator einstellbarer Impulsfolgefrequen'z und Impulsbreite getastet wirdunddassdierUltraschallempfän- ger durch den gleichen Impulsgenerator einbzw. ausgeschaltet wird und dass die Schalt- impulse f r denEmpfängerinderPhase einstellbar gegenüber dien Sendeimpulsen verschoben und in der Breite variiert werden k¯nnen.

   7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Sende-und Empfangsimpulse je nach der Grosse des Werkstiiekes so eingestellt wird, dass wÏhrend der Impulspause die möglichen Mehrdeutigkeiten des Laufzeitspektrums abklingen k¯nnen. und da¯ die Breite der Schaltimpulse regelbar ist und so eingestellt werden kann. da¯ sie das Laufzeitspektrum kontinuierlich überdecken.

   8. Verfahren nach Unternspr chen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durch- lassbreite eines am Empfänger vorgesehenen Laufzeitfilters durch die Phasenlage der Emp fängereinsehaltimpulse gegenüber den Sendeimpulsen derart geregelt wird, dass mit wachsender Verzögerung der Empfängereinschalt- impulse die Durchlassbreite des Laufzeitfilters kleiner wird.

   9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da¯ im Empfänger die den einzelnen Laufzeiten entsprechenden Impulse gespeiehert und optiseh zur Anzeige gebracht werden, indem sie ber einen mit der Impulsfolgefrequenz synchron umlaufenden Schalter verschiedenen Anzeigeorganen zugeführt werden.

   10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, da¯ Sehalter und Anzeigeorgan vereinigt sind, und das Prüfergebnis auf einer Braunschen Rohre abgelesen wird.

   11. Verfahren nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase der den Empfänger steuernden Schaltimpulse mit einer von der Impulsfolgefrequenz abwei chenden Frequenz über den in Frage kommenden Bereich sägezahnförmig gewobbelt wird.

   12. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dlass der Ultraschallsender sägezahnformig frequenzmoduliert wird und dass empfangsseitig aus dem Spektrum von Kombinationstönen, die sich infolge der unterschiedlichen Laufzeit auf versehiedenen und versehieden oft reflektierten Strahlen ausbilden, ein bestimmter variabler Frequenzbereich ausgesiebt und als Ma¯ f r die Laufzeit zur Anzeige verwendet wird.

   13. Verfahren nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall- geber durch zeitlich versehiebbare Impulse gleichzeitig getastet wird und dass der EmpfÏnger nur f r die Dauer eines bestimmten, variablen Laufzeitintervalles geöffnet ist, und dass die Kombinationstöne zwischen der mo mentanen Sendiefrequenz und der jeweils durchgelassenen Empfangsfrequenz gebildet werden.

   14, Verfahren nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, da¯ auch die zur Fre quenzmodulation dienende Modulationsfrequenz veränderlich ist, um f r die Anzeige je nach der Form des Werkstüekes optimale Verhältnisse einstellen zu können.

   15. Verfahren nach Unteransprueh-14, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ultraschall- empfänger auftretenden Frequenzen mit Hilfe eines Schaltelementes mit nichtlinearer Kennlinie gemischt werden und'dassdie so entstehenden Kombinationsfrequenzen verstärkt und zur Anzeige gebracht werden.

   16. Verfahren nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse des Empfängers in ihrer Breite so geregelt werden können, da¯ eine mögliche Mehrdeutigkeit des Laufzeitspektrums unterdrüekt wird.

   17. Verfahren nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Kombinationsfrequenzen auf ein variables Frequenzsieb gegeben wird, mittels dessen geeignete Kombinationstone herausgesiebt, in ihrer Reihenfolge abgetastet und angezeigt werden.

   18. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallsender und der Schallempfänger eine Richtcharakteristik besitzen, um damit aus der Vielzahl der möglichen Wege bzw. Laufzeiten eine be schränkte Zahl herauszusieben und den Strahlengang auf eine bestimmte Richtung zu beschränken, in der die Störstelle im Material vermutet wird.