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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Der Gegenstand dieser Anmeldung ist verwandt mit dem Gegenstand in einer gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel ”VERSCHLEIßKAPPE FÜR ULTRASCHALLWANDLER”, die am selben Tage wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde. Die vorgenannte Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Berührungssensoren. Genauer betrifft die Erfindung eine selbstausrichtende Vorrichtung für einen Berührungssensor.
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BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
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Die Ultraschall-Puls-Echo-Prüfung von Materialien bedingt, dass ein Ultraschallwandler eine Ultraschallanregungswelle in ein Prüfmaterial einbringt, und dass reflektierte Ultraschallwellen detektiert und analysiert werden. Bei den Ultraschallanregungswellen kann es sich entweder um Kompressions- oder Scherwellen handeln. Es ist üblich, dass ein einzelner Ultraschallwandler sowohl zur Einbringung der Anregungswellen und zur Detektion von reflektierten Wellen verwendet wird. Um sicherzustellen, dass die Anregungswelle durch den Wandler in das Prüfmaterial eingebracht wird, und dass die reflektierten Wellen zum Wandler zurück geleitet werden, muss die Wandleroberfläche in gutem physischen Kontakt mit der Oberfläche des Prüfmaterials platziert werden. In den Fällen, in denen die Krümmung der Prüfmaterialoberfläche nicht von vorneherein bekannt ist, ist es bei allgemein verwendbaren Ultraschallwandlern üblich, dass sie eine flache Vorderfläche aufweisen.
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Wenn ein allgemein verwendbarer Ultraschallwandler mit einer flachen Vorderfläche von einer geübten menschlichen Bedienperson positioniert wird, platziert die Bedienperson den Wandler gegen eine Prüfmaterialoberfläche und übt Druck aus, um die Vorderfläche des Wandlers gegen die Prüfmaterialoberfläche zu drücken. Anschließend justiert die Bedienperson die Ausrichtung, bis eine ordnungsgemäße akustische Kopplung zwischen der Wandleroberfläche und der Prüfmaterialoberfläche erreicht ist. Ein solches manuelles Platzieren eines Berührungswandlers funktioniert deshalb, weil die ausgebildete Bedienperson Fähigkeiten nutzt, die aus vergangenen Erfahrungen herrühren, um die Wandlerposition zu justieren. Bei manchen Anwendungen wird ein Kopplungsfluid, wobei es sich herkömmlicherweise um Wasser handelt, zwischen dem Ende des Wandlers und der Prüfmaterialoberfläche eingesetzt. Die Platzierung von Wandlern durch ungeübte Bedienpersonen oder mechanische oder automatische Anlagen, wie etwa Robotern, ergibt eine weniger zuverlässige Positionierung, insbesondere auf Prüfmaterialien mit gekrümmten Oberflächen, da die Vorderfläche des Wandlers sich nicht automatisch in Bezug zu der Oberfläche des Prüfmaterials ausrichtet. Um verlässliche und wiederholbare Ultraschallmessungen mit Berührungswandlern zu ermöglichen, ist es wichtig, dass der Wandlerausrichtungsvorgang schnell und wiederholbar ist, auch wenn der Wandler durch eine ungeübte Bedienperson oder einen Roboter platziert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Gelenklager stellt eine passive Vorrichtung bereit, die einen Berührungssensor ermöglicht, der sich in Bezug zu der Oberfläche eines Prüflings ausrichten muss. Bei einigen Ausführungsformen ist der Berührungssensor ein Wandler. Diese Selbstausrichtungsvorrichtung kann in einem Messsystem zur Ausrichtung der Fläche eines Berührungswandlers in Bezug zu der Fläche eines zu vermessenden Materials verwendet werden. Das Gelenklager kann trocken oder mit einer Flüssigkeit oder Druckluft geschmiert sein, um die Lagerreibung zu minimieren und es dem Wandler zu erlauben, sich selbst auszurichten. Der obere Abschnitt des Gelenklagers ist bevorzugt an einem federbelasteten Kolben befestigt. Der Wandler ist bevorzugt an dem unteren Abschnitt des Gelenklagers angebracht. Der federbelastete Kolben hält die Gelenklagerabschnitte zusammen und zentriert den losen unteren Lagerabschnitt nach jedem Messvorgang. Eine Verkleidung hält bevorzugt den unteren Lagerabschnitt zwischen den Messungen fest.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wandlers mit einer Positioniervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht der Positioniervorrichtung aus 1.
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3A zeigt eine Querschnittsansicht der Positioniervorrichtung aus 1, während diese eine Prüffläche in einem Winkel berührt.
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3B zeigt die Positioniervorrichtung aus 3A, während diese sich in Bezug zu der Prüffläche selbst ausrichtet.
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3C zeigt die Positioniervorrichtung aus 3A, während diese sich nach der Entfernung von der Prüffläche in eine Standardposition zurückstellt.
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4 zeigt eine Positioniervorrichtung mit einer gekrümmten Kontaktfläche nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine Positioniervorrichtung mit einer Ausrichtungskante und einer Ausrichtungskerbe nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine Positioniervorrichtung mit dem Ultraschallwandler, der in einer Verschleißkappe mit einer flexiblen Hülse montiert ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine Positioniervorrichtung mit dem Ultraschallwandler, der in einer Verschleißkappe mit einer gekrümmten Oberfläche montiert ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt eine Positioniervorrichtung mit dem Ultraschallwandler, der in einer fluid-gekoppelten Verschleißkappe montiert ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt eine Positioniervorrichtung mit einem fokussierenden Ultraschallwandler, der in einer Verschleißkappe montiert ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Positioniervorrichtung richtet die Fläche eines Berührungssensors in Bezug zu der Oberfläche eines zu prüfenden Materials aus. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein Gelenklager und ermöglicht es einem Ultraschallwandler, sich zu positionieren und in Bezug auf seine Prüfmaterialoberfläche auszurichten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung sowohl für eine manuelle wie auch eine maschinelle Platzierung von Wandlern verwendet werden.
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Die Positioniervorrichtung arbeitet bevorzugt passiv, einfach, genau und schnell, ohne eine geübte Bedienperson oder eine komplexe Maschine zu benötigen.
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Die Positioniervorrichtung ermöglicht es bevorzugt der Vorderfläche eines Wandlers, sich optimal in Bezug auf flache und gekrümmte Oberflächen von Prüfmaterialien auszurichten.
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Die Positioniervorrichtung positioniert bevorzugt eine Wandleroberfläche gegen die Oberfläche eines Prüfmaterials, das in Luft oder ein Fluid getaucht ist.
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Die Positioniervorrichtung erlaubt es bevorzugt einer Wandleroberfläche, sich in Bezug zu einer Prüffläche auszurichten, ohne sich seitlich über die Oberfläche zu verschieben.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Positioniervorrichtung eine Positioniervorrichtung mit geringer Reibung, die auf einem Axialgelenklager basiert, das einem Wandler das Verschwenken um einen Punkt in der Mitte seiner Vorderfläche erlaubt, wenn nur eine geringe Kraft zwischen dem Wandler und der Prüffläche ausgeübt wird, wodurch die Verzerrung der Prüffläche minimiert wird.
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Die Positioniervorrichtung erzielt bevorzugt alle vorgenannten Vorteile für einen Berührungswandler, der eine oder mehrere austauschbare Schutzschichten aufweist, die an seiner Vorderfläche angebracht sind, wobei die Schutzschichten vor einer Beschädigung des Wandlers schützen.
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Die oben genannten Vorteile werden bevorzugt dadurch erreicht, dass eine Wandlerpositioniervorrichtung mit einem Gelenklager bereitgestellt wird, dessen Drehpunkt sich in der Mitte der Vorderfläche des Wandlers befindet. Der untere Abschnitt des Gelenklagers dient als ein Wandlerhalter und weist ein sehr geringes Gewicht auf, um die Wirkung der Schwerkraftorientierung auf die Bewegung des Wandlers zu minimieren. Bei einigen Ausführungsformen sind der Wandler und das untere Lager in sich abgeschlossen und eigenbetrieben und benötigen keine physische elektrische Verbindung zu einer externen Vorrichtung. Bei anderen Ausführungsformen ist der Wandler mit anderen Abschnitten des Messsystems über eine elektrische Verbindung, wie etwa ein dünnes Koaxialkabel, verbunden. Das elektrische Kabel ist bevorzugt nicht elastisch oder schwer, so dass das Kabel kein Drehmoment oder Kraft auf den Wandler weitergibt, die die Normalisierungskraft überwinden würde, die durch die Fläche des Wandlers erzeugt wird, wenn diese mit einer Prüffläche in Berührung gebracht wird.
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Bei einigen Ausführungsformen wird Druck ausgeübt, um die Vorderfläche des Berührungswandlers in guten Kontakt mit der Prüfmaterialoberfläche zu drücken. Jede Falschausrichtung zwischen der Wandlervorderfläche und der Prüfmaterialoberfläche resultiert in einem Drehmoment auf den Wandler, das der Wandler in die Ausrichtung zwingt.
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Das Gelenklager erlaubt es dem Wandler bevorzugt, sich als Reaktion auf ein Drehmoment so zu drehen, dass er seine Vorderfläche in Bezug zu der Oberfläche des Prüfmaterials ausrichtet. Da der Drehpunkt des Gelenklagers sich in der Mitte der Vorderfläche des Wandlers befindet, findet eine solche Drehung ohne jede Verschiebung des Wandlers über die Prüfmaterialoberfläche statt. Reibungseffekte einer Verschiebung, die die Wandlerausrichtung behindern würden, werden so vermieden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das Gelenklager ungeschmiert. Bei anderen Ausführungsformen ist das Gelenklager mit Luft oder einem Fluid geschmiert. In wieder anderen Ausführungsformen wird die Vorrichtung vibriert, um Haftreibungseffekte im Lager zu überwinden. Bei anderen Ausführungsformen wird eine Kombination aus Schmierung und Vibration eingesetzt. Somit wird der Effekt von Lagerreibung, der die Wandlerausrichtung behindern würde, verringert. Ferner kann die Auswahl der Schmierung an die Verwendung derart angepasst werden, dass zum Beispiel sauberes Wasser als Schmiermittel bei Anwendungen mit Eintauchen in Wasser verwendet werden kann, während saubere Luft als Schmiermittel bei Anwendungen ohne Eintauchen verwendet wird. Ein Strom von sauberer Luft oder sauberem Fluid durch das Gelenklager erhält die Lagersauberkeit, so dass die Vorrichtung in verschmutzter Umgebung selbstreinigend ist.
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Bei manchen Ausführungsformen wird während einer Prüfung ein Kopplungsfluid zwischen dem Ende des Wandlers und der Prüfmaterialoberfläche eingesetzt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kopplungsfluid eine Flüssigkeit. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kopplungsfluid ein Gel. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kopplungsfluid Wasser. Bei anderen Ausführungsformen ist das Kopplungsfluid Glyzerin.
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Für einen Wandler mit einer oder mehreren austauschbaren Schutzschichten, die an seiner Vorderfläche angebracht sind, gilt die vorstehende Beschreibung, wobei unter der Mitte der Vorderfläche des Wandlers der Punkt verstanden wird, der durch die Projektion der Mitte der Vorderfläche des Wandlers auf die vorderste Oberfläche der Schutzschicht(en) beschrieben wird.
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Die Vorrichtung toleriert bevorzugt Fehler bei der Position und dem Winkel einer Platzierung eines Wandlers, indem sie es einem Wandler ermöglich, sich unter sanftem Druck gegen eine gekrümmte oder flache Oberfläche anzuflachen. Das Prüfmaterial kann sich relativ zu der Vorrichtung bewegen, und der Wandler verfolgt die Bewegung der Prüffläche. Die Vorrichtung toleriert somit eine Vibration der Prüfmaterialoberfläche gut. Ferner kann sich die Positioniervorrichtung relativ zu dem Prüfmaterial bewegen, während der Wandler auf das Prüfmaterial ausgerichtet bleibt. Die Vorrichtung toleriert somit jede Bewegung des oberen Teils der Vorrichtung durch die Bedienperson während oder nach der Ausrichtung gut, wie etwa eine Bewegung der Hand, die aus der manuellen Platzierung des Wandlers resultiert.
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Bei einigen Ausführungsformen erlaubt es das Axialgelenklager einer Ultraschallwandleroberfläche, zu schwenken und sich gegen die Oberfläche eines zu prüfenden Materials anzuflachen. Bevorzugt ist der Ultraschallwandler eine Art Pulsecho-Schichtdickenmessgerät (pulse/echo layer thickness, PELT, bei dem dessen Ultraschallwandler in einen ausgerichteten Kontakt mit Beschichtungen aufweisenden Materialien gedrückt werden muss. Bevorzugter ist das PELT-Messgerät von dem Typ, der durch Imaginant, Inc. (Pittsford, NY) hergestellt wird.
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Wenn ein menschlicher Benutzer einen PELT-Wandler gegen eine beschichtete Oberfläche drückt, kann die Wandlerposition typischerweise durch den Nutzer justiert werden, bis gute Wellenformen durch das Erreichen einer guten Ausrichtung zwischen dem Wandler und dem Prüfmaterial erzeugt werden. Wenn jedoch ein Roboter den Menschen ersetzt, wird es schwierig, gute Ergebnisse zu erreichen, da der Roboter nicht nativ in der Lage ist, die Ausrichtung des Wandlers auf das Prüfmaterial zu justieren. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn die Längsachse des Wandlers derart justiert wird, dass sie rechtwinklig auf der Oberfläche des Prüfmaterials steht.
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Der Selbstausrichtungsmechanismus ist bevorzugt ein passiver Mechanismus, anstelle eines computergesteuerten, komplexen Gerätes, der es einem PELT-Wandler schnell erlaubt, sich in Bezug zu einer Prüfmaterialoberfläche so auszurichten, dass er gute Prüfwellenformen erzeugt. Bei einem solchen Mechanismus ist bevorzugt, dass er:
- 1. Einfach und kostengünstig ist;
- 2. Optimal und schnell funktioniert;
- 3. Mechanisch robust ist und eine lange Lebensdauer hat; und
- 4. Minimale Wartung benötigt.
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PELT-Wandler weisen typischerweise eine flache Vorderfläche auf. Wenn er gegen eine relativ flache Oberfläche gedrückt wird, hat ein PELT-Wandler eine natürliche Tendenz, sich richtig in Bezug zu der Oberfläche auszurichten und gute Prüfwellenformen zu erzeugen. Dies ist dadurch bedingt, dass zwei flache Oberflächen dazu tendieren, sich in Bezug zueinander auszurichten, wenn sie zusammen gedrückt werden. Jedoch ist der Wandlerdurchmesser klein, und somit sind die Ausrichtungskräfte, die durch das Drücken des Wandlers gegen die Prüffläche erzeugt werden, daher schwach. Als Ergebnis können andere kleine, auf den Wandler ausgeübte Kräfte die Ausrichtungskräfte überwinden und den Wandler falsch ausrichten, wodurch sie zu schlechten Prüfwellenformen führen.
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Eine Methode, zu verhindern, dass unerwünschte Kräfte einen PELT-Wandler falsch ausrichten, ist, es dem Wandler zu ermöglichen, sich als Reaktion auf Normalisierungskräfte zu bewegen oder frei zu verschwenken. Bei einigen Ausführungsformen verwendet die Positioniervorrichtung ein Axialgelenklager, um es dem PELT-Wandler zu ermöglichen, sich in Bezug zu einer Oberfläche auszurichten, die flach oder von unbekannter Krümmung oder Topografie sein kann. Die Achse bzw. der Drehpunkt des Axialgelenklagers fällt bevorzugt mit der Fläche des Wandlers zusammen, und in manchen Ausführungsformen ist das Gelenklager mit Fluid oder Luft gefüllt, um Reibung zu beseitigen oder im Wesentlichen zu beseitigen. Wenn er mit einer Prüffläche in Kontakt gedrückt wird, erlaubt es das Gelenklager dem Wandler zu verschwenken und sich in Bezug auf die Prüffläche auszurichten, ohne Störung durch unerwünschte Kräfte.
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Ein Gelenklager erfüllt bevorzugt alle der oben aufgelisteten vier Kriterien. Die Tatsache, dass der Mechanismus passiv ist, mit der potentiellen Ausnahme eines Lagerschmiermittels, wie etwa Druckluft, macht ihn sehr attraktiv zur Nutzung in jeder Anwendung jedes Typs Wandler, bei dem sich der Wandler gegen eine Oberfläche ausrichten muss. Dies kann jede Anwendung jenseits von PELT-Messgeräten umfassen, bei der ein Wandler in Kontakt oder Beinah-Kontakt mit einer Oberfläche gehalten wird, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, die Verwendung eines auf magnetischen Wirbelstromtechniken basierenden Dickenmessgeräts, bei dem eine Wirbelstromsonde mit einer Oberfläche in Kontakt gebracht wird, die Unterwasserprüfung von Strukturen wie etwa Bootskörpern, wo es bequem ist, Wasser als Lagerschmiermittel zu verwenden, und die Prüfung optischer Oberflächeneigenschaften eines Prüfmaterials durch die Reflektion von Licht von einer Oberfläche des Prüfmaterials von einem Emitter an einen Detektor. Obwohl bei der letzten Anwendung der Emitter und der Detektor nicht in direktem Kontakt mit der Oberfläche sind, können sie eingelassen und integraler Bestandteil des unteren Lagerabschnitts sein, der, indem er sich in Bezug auf eine Prüfoberfläche ausrichtet, den Emitter und den Detektor dazu bringt, sich ebenfalls in Bezug auf die Oberfläche auszurichten.
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Ein schmaler Ultraschallstrahl wird aus der Mitte der Ultraschallwandleroberfläche emittiert, so dass die Mitte der Wandleroberfläche mit der Prüffläche in gutem Kontakt stehen muss, damit das Prüfmaterial den Ultraschallstrahl empfängt. Der Einsatz eines Axialgelenklagers, dessen Drehpunkt sich in der Mitte der Oberfläche der Wandleranordnung befindet, ermöglicht es der Wandleranordnung, sowohl flache wie auch gekrümmte Oberflächen mit einem guten Kontakt zwischen der Mitte des Wandlers und der Oberfläche zu normalisieren. Wenn der Wandler zunächst gegen ein Prüfmaterial gedrückt wird, wird, wenn der Berührungspunkt außermittig ist, eine Rotationskraft auf die Wandleranordnung erzeugt, die den Wandler zum Drehen bringt, wie dies durch das Axialgelenklager erlaubt wird, bis dass die Mitte der Wandleroberfläche im Kontakt mit der Prüffläche ist. Dann können gute Prüfwellenformen gemessen werden.
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Der Einsatz eines Axialgelenklagers erlaubt eine Ausrichtung des Wandlers durch Drehung des Wandlers um die Mitte der Vorderfläche des Wandlers. Somit verschiebt sich der Wandler während der Drehung zur Ausrichtung des Wandlers nicht notwendigerweise über die Prüffläche. Dies ist wichtig, da eine solche Verschiebung den Wandler Reibungskräften aussetzen kann, die die Ausrichtungskräfte stören können. Mit anderen Worten richtet sich der Wandler nach dem anfänglichen Kontakt mit der Prüffläche ohne Verschiebebewegung und ohne die Erzeugung von Reibungskräften zwischen dem Wandler und der Prüffläche selbst aus.
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Der Einsatz eines reibungsfreien Axialgelenklagers erlaubt es, dass die Normalisierung eines Wandlers als Ergebnis von geringen Ausrichtungskräften erfolgt. Somit kann eine Ausrichtung erreicht werden, indem nur eine kleine Menge an Kraft in der Form von Druck verwendet wird, um den Wandler gegen die Prüffläche zu drücken. Die Verwendung von geringer Kraft reduziert somit die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Prüffläche unter dem ausgeübten Druck verzieht. Dies ist sehr wichtig in Fällen, in denen die Prüffläche flexibel genug ist, sich so zu bewegen, dass sie unter der Fläche des Wandlers eine konkave Form bildet, da dies in einem Kontaktverlust zwischen der Mitte des Wandlers und der Prüffläche resultieren würde.
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Ein Gelenklager mit geringer Reibung kann ohne Schmierung verwendet werden, jedoch kann das Lager ebenso entweder mit Luft oder einem Fluid geschmiert werden, um einen sehr geringen Reibungskoeffizienten in dem Lager zu erzeugen. Somit erlaubt es eine Schmierung, dass sich der Wandler ordnungsgemäß unter Bedingungen ausrichtet, die nur kleine Ausrichtungskräfte erzeugen. Viele Typen von Schmiermitteln können eingesetzt werden, jedoch kann Wasser natürlich als ein Lagerschmiermittel bei Anwendungen mit Eintauchen in Wasser verwendet werden, während Luft bei Anwendungen ohne Eintauchen verwendet werden kann.
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1 verdeutlicht einen Wandler 10, wie er in einem Messsystem mit einem sich selbst ausrichtenden Mechanismus in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Aus der perspektivischen Ansicht der 1 sind die Halterung 40 für den Wandler 10, das Gehäuse 100 für den Selbstausrichtungsmechanismus und der untere Abschnitt 50 des Gelenklagers des Selbstausrichtungsmechanismus sichtbar. Die Vorrichtung ist allgemein rotationssymmetrisch, und das Gehäuse 100, die Halterung 40 und der Wandler 10 weisen im Wesentlichen zylindrische Formen auf. Der untere Abschnitt 50 erstreckt sich durch eine Abdeckplatte 105, die durch Befestigungsmittel an dem Boden des Gehäuses 100 befestigt ist. Ein Koaxialstecker 180 erstreckt sich von der Seite der Halterung 40, um eine Verbindung mit einer Stromquelle zur Energieversorgung des Wandlers zu ermöglichen. Eine Schutzschicht 20 auf der Fläche des Wandlers kontaktiert die zu prüfende Oberfläche und schützt das Ende des Wandlers vor Beschädigung. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schutzschicht 20 eine Verschleißkappe, wie sie in 1 gezeigt ist.
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2 zeigt, dass der Ultraschallwandler 10, der eine einen O-Ring 30 enthaltende Schutzschicht 20 umfasst, sicher an einer Halterung 40 befestigt ist, die aus einem leichten Material besteht. Die Halterung ist integraler Bestandteil des unteren Abschnitts 50 eines Gelenklagers 55, so dass die Mitte des Krümmungsradius des Lagers sich in der Mitte 53 der Fläche der Wandlerschutzschicht 20 befindet. Der gebildete Bogen 57 mit der Mitte 53 wird ebenfalls in 2 gezeigt. Der passende obere Abschnitt 60 des Gelenklagers 55 ist gekoppelt oder einstückig mit einem federbelasteten Kolbenelement 70 mit einer Feder 80, die sich in einer Buchse 90 befindet, die es dem federbelasteten Kolbenelement 70 erlaubt, sich auf und ab zu bewegen. Das Gelenklager 55 befindet sich in einem Gehäuse 100 mit einer Abdeckplatte 105, die als Verkleidung zum Festhalten des unteren Gelenklagerabschnitts 50 dient.
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Das federbelastete Kolbenelement 70 drückt unter der Kraft der Feder 80 die beiden Lagerabschnitte zusammen, wodurch es den unteren Lagerabschnitt 50 innerhalb des oberen Lagerabschnittes 60 zentriert. Die Form der hinteren Oberfläche 52 des unteren Lagerabschnitts 50 verjüngt sich, um so sicherzustellen, dass die Mittenachse 15 des Wandlers ordnungsgemäß mit der Mittenachse 115 der gesamten Vorrichtung fluchtet. Bei einigen Ausführungsformen verjüngt sich die hintere Oberfläche 52 des unteren Lagerabschnitts 50 und ist im Wesentlichen konisch in ihrer Form. Wenn die Vorrichtung von einer Oberfläche weg gezogen wird, wie zwischen der in 3B gezeigten Position und der in 3C gezeigten Position, zwingt die Feder 80 den unteren Lagerabschnitt 50 dazu, vorwärts gegen die Abdeckplatte 105 gedrückt zu werden. Dies zwingt den unteren Lagerabschnitt 50 dazu, sich so auszurichten, dass die Mittenachse 15 des Wandlers 10 und die Mittenachse 115 des oberen Lagerabschnitts 60 kollinear werden, wodurch sie die Lageranordnung zurückstellen, um für die nächste Platzierung gegen eine Oberfläche bereit zu sein. Ein axialer Durchgang 110 in das federbelastete Kolbenelement 70, der mit kleinen Kanälen 120 durch den oberen Lagerabschnitt 60 verbunden ist, ermöglicht die Einbringung eines Fluids oder von Luft in die Schnittstelle zwischen dem oberen und unteren Lagerabschnitt 50, 60, um das Gelenklager zu schmieren. Ein mit einem Gewinde versehenes Anschlussstück 150 ermöglicht die Einbringung von Fluid oder Druckluft in das federbelastete Kolbenelement. Kunststofflager 130 und 140 ermöglichen es, dass das federbelastete Kolbenelement 70 ohne Klemmen gleitet.
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Die 3A bis 3C verdeutlichen den Betrieb des Selbstausrichtungsmechanismus in einer Ausführungsform der Erfindung. In 3A wird die Vorrichtung dabei gezeigt, wie sie zum ersten Mal eine Prüfmaterialoberfläche 160 in einem Winkel 165 kontaktiert, der gleich dem Winkel ist, der zwischen der Mittenachse 15 des Wandlers 10 und der Linie 170 gebildet wird, die zu der Oberfläche 160 an der Messstelle normal ist, was darin resultiert, dass ein Drehmoment auf den Wandler aufgebracht wird. Das Drehmoment tendiert dazu, den Wandler 10 im Uhrzeigersinn aus der Sicht von 3A zu drehen. Während die Vorrichtung weiter gegen die Prüffläche 160 gedrückt wird, drückt der linke Abschnitt des unteren Lagers anfänglich gegen das obere Lager. Dies drückt das obere Lager mit dem Kolbenelement 70 im Gehäuse gegen den Widerstand der Feder 80 nach oben. Während der Wandler 10 sich in die Ausrichtung in Bezug auf die Prüffläche 160 dreht, gleitet die untere Lagerfläche entlang der oberen Lagerfläche, während das untere Lager gleichzeitig gegen das obere Lager drückt, wodurch das Kolbenelement 70 weiter zurückgezogen wird und der Spalt zwischen dem oberen Lager 60 und der Abdeckplatte 105 vergrößert wird. Der Wandler 10 dreht sich weiter, bis das Drehmoment auf dem Wandler im Wesentlichen beseitigt ist, wenn der Wandler in Bezug auf die Prüffläche ausgerichtet ist.
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In 3B wird die Vorrichtung gezeigt, nachdem die Feder in dem federbelasteten Kolbenelement zusammengedrückt wurde bzw. sich in der Figur nach oben bewegt hat, wodurch es dem Wandler erlaubt ist, sich in die Ausrichtung in Bezug auf die Prüffläche zu drehen und die Durchführung einer Messung ermöglicht wird. Die Wandlerdrehung kann ferner durch die Schmierung des Gelenklagers mit Druckluft 125 ermöglicht werden. In den 3A und 3B hat sich die Vorrichtung der Prüffläche im maximal zulässigen Winkel für diese besondere Bauweise der Vorrichtung angenähert. Wie in 3B zu sehen ist, ist der untere Lagerabschnitt 50 gerade mit der Seite 95 des Gehäuses 100 in Kontakt gekommen, was eine weitere Drehung des Wandlers verhindert. In der gezeigten Ausführungsform beträgt dieser Maximalwinkel, der auch als Winkel 165 in 3A bezeichnet ist, ungefähr 10 Grad. Da ein größerer Betriebswinkel eine größere Vorrichtungsbauweise benötigt, wird die Vorrichtungsbauweise bevorzugt auf der Basis eines erwarteten maximal betreibbaren Winkels für die spezifische Anwendung ausgewählt, für die die Vorrichtung eingesetzt werden soll. Da der Drehmittelpunkt an der Vorderfläche des Wandlers liegt, muss die Vorrichtung einen Maximaldrehwinkel von weniger als 90 Grad aufweisen. Bevorzugt beträgt der Maximalwinkel ungefähr 45 Grad oder weniger. Für die meisten Anwendungen ist ein Maximalwinkel von ungefähr 30 Grad passend. Für viele Anwendungen ist ein Maximalwinkel von ungefähr 15 Grad ausreichend.
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In 3C ist die Vorrichtung von der Prüfmaterialoberfläche zurückgezogen, und das federbelastete Kolbenelement hat die Gelenklagerabschnitte zur Vorbereitung auf eine folgende Messung neu ausgerichtet. Dies erfolgt, da beim Zurückziehen der Vorrichtung die Kraft der Feder 80 nicht mehr durch die Anpresskraft mit der Prüffläche kompensiert wird. Die Feder 80 dehnt sich aus, um das Kolbenelement 70 zurück in die Standardposition zu drücken und den Spalt zwischen dem oberen Lager 60 und der Abdeckplatte 105 zu verringern, was die sich verjüngende Kante des unteren Lagers in Richtung weg von dem Spalt treibt, bis das untere Lager 50 im Wesentlichen wieder auf das obere Lager 60 zentriert ist.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden das Ende des Wandlers 10 und die Schutzschicht 20 als flach gezeigt, jedoch können diese Oberflächen im Geiste der vorliegenden Erfindung alternativ gekrümmt sein. In 4 weisen sowohl der Wandler 10' als auch die Schutzschicht 20' beide eine gekrümmte konvexe Form auf, um so zu der konkaven Krümmung der Oberfläche 160' zu passen, mit der die Vorrichtung Kontakt herstellt. Auch in solchen Fällen wird es das Gelenklagerkonzept dem Wandler erlauben, sich in Bezug auf die Oberfläche auszurichten. Alternativ können sowohl der Wandler 10' als auch die Schutzschicht 20' beide eine konkave Form aufweisen, um so zu der konvexen Krümmung einer Oberfläche 160' zu passen, mit der die Vorrichtung Kontakt herstellt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Gelenklagervorrichtung als rotationssymmetrisch beschrieben. In einigen Fällen wurde beobachtet, dass während des Gebrauchs kleine Kräfte zwischen dem Wandler und den Messoberflächen bewirken, dass sich die Wandlerhalterung langsam in der Größenordnung eines kleinen Bruchteils eines Grades in eine Richtung jedes Mal dann dreht, wenn die Vorrichtung mit einer Oberfläche in Kontakt kommt, so dass nach vielen hunderten von Messungen eine sichtbare Drehung beobachtet wird. Ein geringes Maß an Drehung von einem einzigen Oberflächenkontakt ist irrelevant, jedoch kann ein kumulatives ”Rotationskriechen” nach hunderten von Platzierungen auftreten. Dies kann ein Problem verursachen, wenn der Wandler eine physische Verbindung, wie etwa ein Koaxialkabel, mit einem externen Objekt aufweist, da die Wandlerdrehung das Verdrehen oder Abknicken des Kabels bewirken kann. Dieses Verdrehen oder Abknicken kann dann dazu führen, dass eine Kraft auf den Wandler ausgeübt wird, die die Funktion des Gelenklagers stört und den Wandler daran hindert, sich in Bezug auf eine Oberfläche auszurichten. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung auf irgendeine Weise rotationsasymmetrisch ausgestaltet, um zu bewirken, dass sich die Wandlerhalterung nach jeder Messung auf dieselbe Drehorientierung zurückstellt. Bei einigen Ausführungsformen sind sowohl der Hals der Wandlerhalterung als auch die Abdeckplattenöffnung, durch die er sich erstreckt, komplementär zueinander leicht oval, so dass ein Querschnitt der Vorrichtung der 2, 3A, 3B und 3C entlang einer langen Achse zeigt, dass die hintere Oberfläche 52 des unteren Lagerabschnitts 50 und die Abdeckplatte 105 breiter sind als ein rechtwinkliger Querschnitt entlang der kurzen Achse. Wenn die Vorrichtung von einer Oberfläche weg gezogen wird, treibt die Feder 80 das Kolbenelement 70 vorwärts gegen den unteren Lagerabschnitt 50, was die hintere Wand 52 des unteren Lagerabschnitts 50 in Kontakt mit den Kanten der Öffnung in der Abdeckplatte 105 treibt. Wenn die Öffnung und die hintere Oberfläche beide leicht oval sind, dann zentriert sich nicht nur die Wandlerhalterung axial, sondern stellt sich in ihre ursprüngliche Drehorientierung zurück, wie sie durch die leicht ovale Beschaffenheit der hinteren Oberfläche und der Abdeckplattenöffnung definiert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt wird, erstreckt sich ein kleiner Vorsprung 54 von der hinteren Oberfläche 52' des unteren Lagerabschnitts 50', und eine entsprechende komplementäre Ausnehmung 106 in der Öffnung der Abdeckplatte 105' sorgt für eine Dreh-Neuausrichtung nach jedem Platziervorgang. Im Wesentlichen kann jedes physische Merkmal, dass die Rotationssymmetrie aufhebt, so dass sich der untere Lagerabschnitt nach jeder Platzierung in eine Basisdrehposition zurückstellt, im Geist der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn jedoch der Wandler keine physischen Verbindungen mit externen Objekten aufweist, dann kann es sein, dass ein solcher Antirotationsmechanismus nicht benötigt wird.
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Bevorzugt schützt eine Verschleißschutzkappe mit einer flexiblen Hülse und einer steifen Scheibe die vordere Fläche eines Hochfrequenzultraschallwandlers, während sie gleichzeitig einen guten physischen Kontakt zwischen der Wandleroberfläche und dem Kappenmaterial aufrechterhält. Die Verschleißkappe ist bei vielen Ultraschallwandleranwendungen von Nutzen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hochfrequenz-Berührungsultraschallwandlern, die in Pulsecho-Schichtdickenmessgeräten (pulse/echo layer thickness, PELT) verwendet werden. Für PELT-Messgeräte ist es nötig, dass der Ultraschallwandler und die Schutzkappe einen guten Kontakt mit einer beschichteten Prüffläche herstellen, so dass das PELT-Messgerät in der Lage ist, Messungen der Beschichtungsdicken vorzunehmen.
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Das Material der steifen Scheibe der Verschleißkappe ist bevorzugt sorgfältig so ausgewählt, dass das Ultraschallsignal minimal gedämpft wird. Dies ist wichtig, wenn Hochfrequenzultraschall verwendet wird. Obwohl das Material und die Dicke der steifen Scheibe der Verschleißkappe wichtig sind, gibt es ein breites Spektrum an Materialien, die für die steife Scheibe verwendet werden können, sowohl in Bezug auf Materialtypen wie auch auf die Dicke des ausgewählten Materials. Es gibt nicht einen einzigen bevorzugten Materialtyp für alle Ultraschallwandleranwendungen, da das beste Material für die Verschleißkappe abhängig von dem Gegenstand variiert, der vermessen wird. Jedes Material kann für eine steife Scheibe verwendet werden, solange das Material Ultraschall durchlaufen lässt. Das Material weist bevorzugt eine akustische Impedanz auf, die ähnlich der akustischen Impedanz der Materialien ist, die vermessen werden.
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Für die Messung von Lackschichten mittels PELT-Messgeräten werden bevorzugt Kunststoffe für die steifen Scheiben von PELT-Messgerätverschleißkappen verwendet, da Lacke aufgrund von einigermaßen Kunststoff-ähnlichen physischen Eigenschaften eine dem Kunststoff ähnliche akustische Impedanz aufweisen. Bevorzugte Kunststoffe für die steife Scheibe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Polyester, Polyetherimide, Polycarbonate, Polyethylene, Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyamide und Polytetrafluorethylene (PTFE). Jedes steife Kunststoffmaterial kann für den Einsatz in einer steifen Scheibe einer Verschleißkappe für ein PELT-Messgerät zur Messung von Lackdicken auf Prüfflächen in Betracht gezogen werden. Abhängig von der spezifischen Anwendung kann jedes geeignete Kunststoff-, Harz- oder Phenolmaterial verwendet werden, um ein Verschleißkappenmaterial herzustellen, wenn Lackschichten gemessen werden.
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Als Erweiterung des oben Stehenden kann es sein, wenn Prüfmaterialien gemessen werden, deren akustische Impedanz sich deutlich von der von Kunststoff unterscheidet, dass ein optimales Material für die steife Scheibe nicht Kunststoff ist, und anstelle dessen ein Metal, Glass oder ein Keramikmaterial sein kann.
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Die Platzierung eines Hochfrequenz-PELT-Wandlers gegen eine beschichtete Oberfläche kann entweder manuell oder durch ein Robotersystem erfolgen. Es ist somit möglich, dass ein ungeschützter Wandler durch raue Oberflächen oder nicht ordnungsgemäße Platzierung gegen eine Oberfläche beschädigt wird. Eine Verschleißkappe dient dazu, den teuren Hochfrequenz-Berührungswandler vor physischer Beschädigung zu schützen, die aus dem Kontakt mit Oberflächen resultiert.
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Eine Verschleißkappe ist Teil eines ”Sandwichs”. Dieses Sandwich umfasst den Wandler, das Verschleißkappenmaterial und die zu messenden Oberflächenbeschichtungen. Entlang des Weges des Ultraschallstrahls muss jedwede Luft beseitigt werden, damit sich der Ultraschall ausbreitet. Luft wird durch den Einsatz eines Kopplungsfluids auf beiden Seiten der Verschleißkappe beseitigt, das es Ultraschall ermöglicht, von dem Wandler in die Verschleißkappe und von der Verschleißkappe in die Beschichtungsschichten durchzulaufen. Gleichzeitig sorgt die Verschleißkappe bevorzugt für eine mechanische Freiheit für den Wandler/die Verschleißkappe und die Verschleißkappe/die beschichtete Oberfläche, um einen guten Kontakt herzustellen und sich ordnungsgemäß so auszurichten, dass alle Luft durch das Kopplungsfluid verdrängt wird und so, dass die reflektierten Ultraschallechos zum Wandler zurück geführt werden. Damit Echos zum Wandler zurück geführt werden, muss sich der Wandler rechtwinklig zu der beschichteten Oberfläche so ausrichten, dass der ausgesendete Ultraschallstrahl rechtwinklig zu der Oberfläche ist und somit zum Wandler zurückreflektiert wird. Wenn eine Verschleißkappe aus steifen Materialien hergestellt wird, ist es in manchen Situationen schwierig, die gewünschte Ausrichtung zu erhalten, was eines der Probleme bei dem Gebrauch von steifen Verschleißkappen darstellt.
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Wie in 6 gezeigt, werden bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ziele und andere Vorteile erreicht, indem man ein Ende 286 einer flexiblen und nachgiebigen zylindrischen Hülse 282 an einer Scheibe aus steifem Material 284 befestigt, wodurch eine Verschleißkappe 280 mit einer Topfform gebildet wird. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die zylindrische Hülse 282 oberhalb des elektrischen Steckers des Ultraschallwandlers, und in der Verschleißkappe 280 ist eine Kerbe ausgebildet, um den elektrischen Stecker aufzunehmen. Bei anderen Ausführungsformen ist die zylindrische Hülse 282 kürzer als der elektrische Stecker und umfasst keine Kerbe. Diese Verschleißkappe 280 unterscheidet sich von der herkömmlichen Verschleißkappe auf zumindest mehrere Weisen. Die Hülse ist aus einem flexiblen Material hergestellt, anstatt aus einem steifen Material. Der Innendurchmesser der flexiblen Hülse ist gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser des Ultraschallwandlerkörpers, anstatt größer zu sein, wie es bei herkömmlichen Verschleißkappen mit steifer Hülse der Fall ist. Der Wandler wird in der flexiblen Hülse ohne den Einsatz eines O-Rings montiert und gehalten.
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Obwohl das spezifische Material für die flexible Hülse der Verschleißkappe wichtig ist, gibt es ein breites Spektrum an elastomeren Materialien, die für die flexible Hülse in den hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können. Materialien für die Verwendung in der flexiblen Hülse der Verschleißkappe umfassen, beschränken sich aber nicht auf, Naturkautschuk, Silikonkautschuk, flexible Kunststoffe und Synthesekautschuke, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadienkautschuk, Nitrylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Latexkautschuk.
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Wie in 6 gezeigt, ist der Innendurchmesser der Verschleißkappenhülse 282 bevorzugt so ausgewählt, dass er in Bezug auf den Außendurchmesser eines Ultraschallwandlers 10 genügend klein ist, so dass die Verschleißkappenhülse 282 sich dehnt, wenn der Wandler 10 eingesetzt wird, um mehrere Funktionen auszuführen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, das Ergreifen des Ultraschallwandlers, wodurch eine Abdichtung 292 gegen den Eintritt von Schmutz oder Verunreinigungen gebildet wird, das Aufbewahren einer kleinen Menge von Ultraschallkoppelfluid in einem Reservoir 296, das den Durchlauf von Ultraschall über jeden Spalt 294 zwischen dem Wandler 10 und der Verschleißkappenscheibe 284 erleichtert, das Ergreifen des Wandlers 10, um die Verschleißkappe in ihrer Position auf dem Wandler 10 festzuhalten, das Aufweiten, um zu erlauben, dass eingeschlossene Luft oder überschüssiges Kopplungsmittel herausgedrückt werden, während die Verschleißkappe 280 auf dem Wandler 10 platziert wird, und das Verbiegen, um es der Verschleißkappenvorderfläche 284 zu erlauben, sich in Bezug auf die Wandlervorderfläche und die Prüfmaterialoberfläche auszurichten, wenn sanfter Druck zwischen dem Wandler 10 und einem Prüfmaterial ausgeübt wird. Der Ultraschallwandler kann bevorzugt in der Verschleißkappe montiert werden, ohne einen O-Ring zur Bildung einer Abdichtung zwischen der Verschleißkappe und dem Ultraschallwandler einzusetzen.
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Die meisten Hochfrequenzwandler weisen Ultraschallstrahlen mit einem kleinen Durchmesser auf, deren Durchmesser ein geringer Bruchteil des Durchmessers des Wandlerkörpers ist. Als eine Erweiterung der hier beschriebenen, grundlegenden Verschleißkappenausführungsform setzt daher eine alternative Ausgestaltung ein Verschleißkappenmaterial mit einer nicht einheitlichen Dicke ein, wie in 7 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Verschleißkappenscheibe 200 eine Maximaldicke 205 im mittleren Abschnitt 204 auf, durch den der Ultraschallstrahl durchläuft, aber eine verringerte Dicke 203 an seinem Umfang 202. Die untere Oberfläche 201 weist bevorzugt eine konvexe Form auf, um dieses Merkmal zu erhalten. Dies erlaubt es der Verschleißkappenmitte 204, einen guten Kontakt mit sowohl dem Wandler wie auch der beschichteten Oberfläche herzustellen, sogar wenn die beschichtete Oberfläche leicht gekrümmt ist. Die verringerte Verschleißkappendicke 203 sorgt für eine Entlastung für die Oberflächenkrümmung, während sie einen guten Kontakt zwischen dem Wandler, der Verschleißkappe und der beschichteten Oberfläche aufrechterhält.
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Als Erweiterung dazu, ein festes Material für die Herstellung einer Verschleißkappe zu verwenden, ist es ebenso möglich, Ultraschall sich durch eine Schicht von Ultraschallkopplungsfluid, wie etwa Wasser, ausbreiten zu lassen. Um eine Verschleißkappe zu schaffen, die die gewünschten Vorteile bietet, während sie Ultraschall sich nur durch Fluid ausbreiten lässt, umfasst die feste Verschleißkappe, wie in 8 gezeigt, eine durchgehende Öffnung 212, die durch das Verschleißkappenmaterial 210 gebohrt wurde, so dass kein festes Verschleißkappenmaterial im Weg des Ultraschalls verbleibt. Mit anderen Worten enthält die Verschleißkappe eine integrale Öffnung 212, durch die der Ultraschallstrahl durchläuft und Kopplungsfluid eingespritzt werden kann, um diese Öffnung derart zu füllen, dass der Raum zwischen der Vorderfläche des Wandlers und der beschichteten Oberfläche mit Kopplungsfluid gefüllt wird. Jeder Raum zwischen der Vorderseite des Wandlers 10 und der beschichteten Oberfläche 230 wird bevorzugt mit Kopplungsfluid gefüllt. In vielen Fällen wird Wasser als das Kopplungsfluid eingesetzt. Wasser hat einige wünschenswerte Eigenschaften in Bezug auf die Ausbreitung von Ultraschall, und Wasser weist nativ die Fähigkeit auf, alle Luftspalte zu beseitigen, die sich benachbart zu Oberflächen bilden. Als solches stellt die Verwendung von Wasser oder irgendeines anderen Fluids sicher, dass Hochfrequenzultraschall an die Oberfläche 230 geleitet wird, die geprüft wird.
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Die Verschleißkappe speichert bevorzugt ein Kopplungsfluid, das die Leitung von Hochfrequenzultraschall vom Wandler in das Verschleißkappenmaterial erleichtert. Ohne ein solches Kopplungsfluid kann der Ultraschall zu 100% durch eine dünne Luftschicht reflektiert werden, die zwischen der Wandleroberfläche und der Verschleißkappe eingeschlossen ist. Die Verschleißkappe stellt somit bevorzugt ein Reservoir 296 für das Fluid bereit.
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Herkömmliche PELT-Messgerätprodukte verwenden unfokussierte Berührungswandler für die Messung von Beschichtungsdicken, da unfokussierte Wandler Dickenwerte bereitstellen, die Durchschnittswerte der Beschichtungsdicken über den gesamten Durchmesser des Ultraschallstrahls sind. Im Gegensatz dazu verwendet in einer Ausführungsform ein PELT-Messgerät einen fokussierten Wandler. Ein solches Messgerät ist vorteilhaft in der Lage, punktgenaue oder fast punktgenaue Dickenmaße zu erhalten, anstelle der Durchschnittsdickenmaße, die durch einen herkömmlichen unfokussierten Wandler erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Materialeigenschaften der Verschleißkappe so ausgewählt, dass sie das Fokussieren des Ultraschallstrahls auf die interessierenden Beschichtungsdicken fördern.
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9 zeigt eine Verschleißkappe, die das Fokussieren des Ultraschallstrahls entlang eines Weg 222 auf einen einzigen Punkt 224 auf der unteren Oberfläche der Verschleißkappenscheibe 220 fördert. Bei dieser Ausführungsform ist das Fokussieren primär ein Merkmal des Ultraschallwandlers. Mit anderen Worten gibt es eine konkave Linse 226, die in die Vorderfläche des Wandlers geschliffen ist. Die Linse 226 auf der Vorderseite des Wandlers 290 fokussiert den Ultraschall in einem bestimmten Abstand entlang des Weges 222 des Ultraschalls ”vor” dem Wandler; ein Abstand, der durch die Linsenkrümmung und die akustische Impedanz des Materials vor dem Wandler definiert ist. Bei dieser Ausführungsform fokussiert der Strahl auf den Punkt 224 der Prüffläche 230, ”weitet” sich dann, während er reflektiert wird, derart, dass er ungefähr derselben konischen Strahllinie zurück zum Wandler folgt, der er gefolgt ist, als er von dem fokussierten Wandler emittiert wurde. Um sicherzustellen, dass der Ultraschall ordnungsgemäß auf das zu vermessende Material fokussiert ist, erreicht somit die Verschleißkappe bevorzugt zwei Dinge. Erstens speichert es ein Akustikkopplungsfluid im Linsenhohlraum des Wandlers, so dass Ultraschall durch die Linse hindurch und in die Verschleißkappe läuft, und zweitens wird die Verschleißkappendicke so ausgewählt, dass sich der Ultraschall auf der Oberfläche des Materials fokussiert, das geprüft wird. Wenn die Dicke zu dick oder zu dünn ist, befindet sich der Fokus an irgendeinem anderen (inkorrekten) Punkt anstatt an der Oberfläche des Materials, das geprüft wird. Bei dieser Ausführungsform kehrt das Echo zum Wandler 10 zurück, um einen Dickenwert für einen viel kleineren Bereich der Prüffläche 230 bereitzustellen.
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Obwohl in den Figuren bestimmte Ausgestaltungsmerkmale der Verschleißkappe mit bestimmten Ausgestaltungen der Positioniervorrichtung gezeigt werden, können alle der offenbarten Ausgestaltungsmerkmale der Verschleißkappe miteinander in Kombination verwendet werden, und können mit allen der offenbarten Ausgestaltungen der Vorrichtung verwendet werden.
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Dementsprechend versteht es sich, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die hier beschrieben wurden, lediglich zur Verdeutlichung der Anwendung der Prinzipien der Erfindung dienen. Eine Bezugnahme auf Details der gezeigten Ausführungsformen ist nicht dazu gedacht, den Umfang der Ansprüche einzuschränken, die selbst diejenigen Merkmale anführen, die als erfindungswesentlich erachtet werden.
