DE1032946B - Einrichtung zur Ultraschall-Werkstoffpruefung - Google Patents
Einrichtung zur Ultraschall-WerkstoffpruefungInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft Ultraschall-Werkstoffprüfeinrichtungen, insbesondere zur Ermittlung von nahe
der Oberfläche des Prüflings gelegener Fehler und zur Dickenmessung dünnwandiger Bleche, nach dem
Reflexionsverfahren mit getrenntem Sender und Empfänger unter Zwischenschaltung je eines Übertragungsstückes
zwischen Prüfling und elektroakustischetn Wandler.
Eine der hauptsächlichsten Schwierigkeiten bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung liegt darin, daß bei
Verwendung des gleichen Schwingers als Sender und Empfänger die Gefahr der Übersteuerung des Empfangsverstärkers
durch die Senderimpulse auftritt und diese Übersteuerung so lange anhält, daß die abzutastenden
Empjangsimpulse überdeckt werden. Schaltungsmaßnahmen hiergegen, wie sie beispielsweise
in der Radartechnik bekannt sind, erweisen sich bei Ultraschallgeräten meist als wirkungslos, da die
Schwierigkeiten wenigstens teilweise dadurch entstehen, daß die Schwingung im Ultraschallschwinger
selbst nachwirkt und nicht sofort abklingt. Werden andererseits zwei getrennte Wandler verwendet, um
die Übersteuerungsgefahr zu vermeiden, so ist es bei der Messung sehr kleiner Tiefen äußerst schwierig,
den Sender und den Empfänger so dicht nebeneinander anzuordnen, daß der reflektierte Strahl durch
den Empfänger vollständig aufgenommen werden kann.
Daß bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung mit gemeinsamem Sender und Empfänger Schwierigkeiten
bei der Messung geringer Tiefen durch Übersteuerung des Abtastverstärkers auftreten, ist an sich
bereits bekannt. Man hat diese durch verhältnismäßig lange Sonden zu vermeiden versucht, damit die Zeit
zwischen der Abgabe einer Schwingung am Schwinger und der Aufnahme des Echo durch den gleichen
Schwinger genügend groß ist, um die Übersteuerung zu vermeiden. Andererseits war die Benutzung von
getrennten Sende- und Empfangswandlern sowie getrennter Übertragungsstücke für beide und verschiedene
Nebeneinanderanordnungen derselben bekannt. Ferner war es bekannt, Sender und Empfänger
konzentrisch anzuordnen.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß es mit den bisher bekannten Einrichtungen unter Verwendung
getrennter Übertragungsstücke für Sender und Empfänger nicht möglich war, nahe der Oberfläche
des Prüflings gelegene Fehler festzustellen und die Dickenmessung dünnwandiger Bleche durchzuführen.
Der Grund hierfür liegt nach den gewonnenen Erkenntnissen darin, daß man bei den bekannten
Einrichtungen die Übertragungsstücke für Sender und Empfänger nicht genügend nahe zusammenbringen
konnte.
Einrichtung
zur Ultraschall-Werkstoffprüfung
zur Ultraschall-Werkstoffprüfung
Anmelder:
Kelvin and Hughes Limited,
Hillington, Glasgow (Großbritannien)
Hillington, Glasgow (Großbritannien)
Vertreter: Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg, Von-Eichendorff-Str. 10
Göggingen über Augsburg, Von-Eichendorff-Str. 10
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 13. Dezember 1951
Großbritannien vom 13. Dezember 1951
William Halliday, Herbert Martin Jeffery
und Alexander Bryce Calder Rankin,
Barkingside, Essex (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden
Gemäß der Erfindung werden diese Mängel dadurch überwunden, daß die Übertragungsstücke des Senders
oder Empfängers oder beider in Teilstücke mit rechteckiger Grundfläche unterteilt sind, die in Zeilenform
parallel zueinander und dicht aneinander stoßend abwechselnd so zusammengeschichtet sind, daß jeweils
wenigstens ein Stück des einen Wandlers in einem Zwischenraum zwischen den Teilstücken des anderen
Wandlers liegt und alle Stücke zusammen eine gemeinsame Fläche zum Anlegen an den Prüfling bilden.
Hierbei entsteht ein Bündelungseffekt ähnlicher Art wie bei Antennengruppen in der Funktechnik. Nach
dem Erfindungsgedanken kann man beispielsweise zwei Teilstücke des Senders auf beiden Seiten eines
Übertragungsstückes des Empfängers anordnen, und sämtliche Stücke dicht zusammenschichten. Es wurde
nachgewiesen, daß man mit einer solchen Einrichtung die Reflexionen von Fehlerstellen noch aufnehmen
kann, die näher an der Oberfläche des Prüflings liegen, als man sie mit einer Einrichtung empfangen kann,
bei der das eine Teilstück entfernt wird. Ferner ermöglicht die Einrichtung nach der Erfindung eine
bessere Unterdrückung von niederfrequentem Störgeräusch. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens
kann man die Übertragungsstücke bzw. Teilstücke des Senders und Empfängers zwischen Wandler und Berührungsfläche
zum Prüfling verschieden lang aus-
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bilden. Man erhält dann genügend Raum, um die Wandler des Senders und Empfängers mit Abstand
voneinander anzuordnen, und kann trotzdem die Berührungsflächen zum Prüfling hin dicht zusammenbringen. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Erfindungsgedankens unter Verwendung keilförmiger
Übertragungsstücke besteht darin, daß die keilförmigen Übertragungsstücke mehrere von einer
Keilfläche zur anderen durchgehende und auf der dritten den Quarz
tragenden
zwar gemäß Fig. 8 so, daß sie mit Abstand parallel zum Sender zu liegen kommen und weiter von dem zu
prüfenden Werkstück entfernt sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 bestehen die Übertragungsstücke auf der Sendeseite aus einer
Reihe mit Zwischenraum aneinandergefügter Scheiben 32 aus Kunststoff, z. B. dem unter der Handelsbezeichnung
»Perspex« bekannten Stoff. Die Empfängerstücke bestehen aus einer Reihe mit Zwischen
stehende Einschnitte aufweisen und daß die Übertragungsstücke
so angeordnet sind, daß die je zwischen zwei Einschnitten befindlichen Rippen des einen
Übertragungsstückes in den Einschnitten des anderen Übertragungsstückes liegen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand von schematischen Darstellungen in Fig. 1
bis 12 näher erläutert.
In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Er-
Keilfläche senkrecht io raum aneinandergefügter Blöcke 32 aus diesem
angebracht, und zwar so, daß sich die Strahlachsen des Sendequarzes 13 und des Empfangsquarzes 14 nahe
der Oberfläche des zu prüfenden schneiden, z. B. bei 15 in Fig. 2.
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine akustische Abschirmung zwischen den ineinandergreifenden
Teilen der beiden Übertragungsstücke 10
reicht werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 besitzt das Übertragungsstück des Senders die Form einer
Kunststoff. Die Empfängerstücke 33 haben ein Glied mehr als die Senderstücke 32, welche jeweils ίϊι die
Zwischenräume zwischen die Empfängerstücke 33 eingesetzt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 10 besteht die Übertragungsvorrichtung aus vier Blöcken
35 aus diesem Kunststoff, die jeweils längs der vier Seiten der Scheibe 34 angebracht sind.
Fig. 11 und 12 zeigen im Quer- und Längsschnitt
findung dargestellt, bei dem zwei keilförmige Über- 20 Einzelheiten eines Gerätes gemäß der Erfindung für
tragungsstücke 10 und 11 verwendet sind. Diese die Durchschallung eines zu prüfenden Körpers in
Stücke bzw. Körper sind an der einen Kante mit Ein- senkrechter Richtung unter Verwendung von zwei
schnitten 12 versehen. Die Einschnitte und die da- Übertragungsvorrichtungen. In diesem Falle besteht
zwischen befindlichen Rippen sind so angebracht, daß die Übertragungsvorrichtung auf der Sendeseite aus
die Körper ineinandergreifen können (Fig. 2). Auf 25 einer dünnen Kunststoffscheibe 48. Die Oberfläche der
der dritten Keilfläche der Körper sind den Ein- Scheibe 48 ist versilbert und trägt einen Schallerzeuschnitten
gegenüber Quarzkristall 13 und 14 an- ger in Form eines Quarzkristall 36. Der Kontakt
zwischen der Scheibe und dem Kristall wird mittels einer Feder 37 hergestellt. Die beiden Enden der
Körpers über- 30 Scheibe 48 sind in einer Aussparung in dem Block 38
aus Preßstoff mit der Handelsbezeichnung »Bakelit« befestigt. In der Aussparung des Bakelitblocks 38
befinden sich der Kristall 36 und die Feder 37, um den Kristall 36 mit der versilberten Oberfläche der
und 11 vorzusehen, Dies kann durch dünne Kork- 35 Scheibe 48 in Kontakt zu halten. Der Bakelitblock
streifen an den Wandungen der Einschnitte 12 er- wiederum ist mit einem weiteren Block 39 aus diesem
Preßstoff verbunden.
An beiden Seiten des Blocks 39 sind zwei weitere Kunststoffstücke 40 angebracht. Diese Stücke 40 bildünnen
Scheibe 20, auf deren Oberfläche der Schall- 40 den Teile des Empfängers. Die unteren Flächen 41
erzeuger 21 angebracht ist. Der Empfänger besitzt der Stücke liegen in der gleichen Ebene mit den untezwei
bloekförmige Übertragungsstücke 22, die auf ren Flächen der Senderstucke 48, und ihre oberen
beiden Seiten des Senders 20, 21 angeordnet sind. Die Flächen liegen in der gleichen Ebene mit den oberen
Empfängerstücke sind wesentlich höher als die Dicke Flächen des Blocks 39. Die Innenseiten der zwei
des scheibenförmigen Übertragungsstückes 20 am 45 Empfängerstücke sind versilbert, ebenso die oberen
Sender 21. Der Empfangswandler besteht aus zwei Flächen. Die zwei Empfangswandler in Form von
Teilen 23, die jeweils auf der Oberseite der zwei Quarzkristallen 42 werden mit den oberen Flächen
Empfängerstücke angebracht sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 sind
die Übertragungsstücke 24 des Senders keilförmig 50 Zwei weitere Bakelitblöcke 43 und 44 sind an die
ausgebildet. Es handelt sich dabei um keilförmige Außenseiten-der Empfängerstücke 40 geklemmt. Sie
Blöcke, die eine zum Werkstück schräg stehende Oberfläche aufweisen. Der Empfänger kann aus zwei
Keilen 26 bestehen, deren Ausmaße größer sind als
Keilen 26 bestehen, deren Ausmaße größer sind als
die des Senderstückes 24. Die Keilblöcke 26 des Emp- 55 dem zu prüfenden Körper,
fängers sind auf beiden Seiten des Senders 24 an- Ein elektrischer Kontakt zu den Kristallen 36 und
gebracht. 42 wird durch die Federn 37 und 46 hergestellt. Die
Bei dieser Ausführungsform kann eine Strahlung auf den Sendekristall wirkende Wellenfrequenz bein
einer von der Senkrechten zur Oberfläche des trägt ungefähr 2,5 Megahertz. Die Abstände zwischen
Werkstücks abweichenden Richtung erzielt werden. 60 dem Senderstück 48 und den zwei Empfängerstücken
In Fig. 7 und 8 ist noch eine weitere Konstruktion 40 werden klein gehalten, etwa 0,5 mm, jedoch soll
keine übermäßige akustische Koppelung vorhanden
sein.
sein.
Um die elektrische Abschirmung des Empfangsgleiche Querschnittsausmaße. Der dritte Block 29 hat 65 kristalle zu vervollständigen, wird eine Metalldecke
einen kleineren Querschnitt und sitzt zwischen den 47 auf dem Kristall angebracht. Die Metalldecke steht
beiden anderen. Der Sendewandler 30 ist auf dem mit dem Silber auf den Empfängerstücken 40 in Konkleineren
Block 29 angebracht, und der Empfangs- takt. Auf diese Weise wird eine vollständige elekwandler
besteht aus zwei Teilen 31, die auf den irische Abschirmung des Empfangskristalls 42 ergrößeren
Blöcken 27 und 28 angebracht sind, und 70'reicht.
der zwei Empfängerstücke 40 mittels Federn 46 in
Kontakt gehalten.
Kontakt gehalten.
halten ein gummiertes Gewebeblatt 45 auf der unteren
Fläche der Stücke fest. Dieses Blatt dient als verbindendes Medium für die Schallübertragung zu und von
Fläche der Stücke fest. Dieses Blatt dient als verbindendes Medium für die Schallübertragung zu und von
für diesen Zweck dargestellt. Die Übertragungsstücke bestehen in diesem Falle aus drei rechtwinkligen
prismatischen Blöcken. Die Blöcke 27 und 28 haben
Da die Sende- und Empfangskristalle 36 und 42 nicht starr miteinander verbunden sind, ist die
akustische Isolierung erleichtert.
Darüber hinaus sind die Kristalle gegen mechanische Schaden (rauhe Oberflächen) geschützt.
Es hat sich herausgestellt, daß das beschriebene Gerät Aufzeichnungen über Werkstücke im Ausmaß
von 0,2 cm bis zu 3 m nachweisen kann.
Der Gebrauch von zwei Empfangskristallen ist dem Gebrauch eines einzelnen Kristalls vorzuziehen.
Sprünge im Guß mit einem Winkel bis zu 15° können nachgewiesen werden.
Es hat sich erwiesen, daß bei Dickenmessungen genaue Ergebnisse herunter bis zu 0,5 cm erzielt werden
können.
Ein weiterer Vorzug liegt in der Tatsache, daß durch die Verwendung von langen Empfängerstücken
alle Echos gut von den Empfangskristallen nach Abgabe eines Impulses durch den Sender empfangen
werden, selbst wenn die Echos von Schaden kommen, die nahe an der Oberfläche liegen, auf die das
Senderstück gepreßt ist.
Claims (3)
1. Einrichtung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung, insbesondere zur Ermittlung von nahe
der Oberfläche des Prüflings gelegenen Fehlern und zur Dickenmessung dünnwandiger Bleche,
nach dem Reflexionsverfahren mit getrenntem Sender und Empfänger unter Zwischenschaltung
je eines Übertragungsstückes zwischen Prüfling und elektroakustischem Wandler, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsstücke des Senders oder Empfängers oder beider in Teilstücke mit
rechteckiger Grundfläche unterteilt sind, die in Zeilenform parallel zueinander und dicht aneinanderstoßend
abwechselnd so zusammengeschichtet sind, daß jeweils wenigstens ein Stück des einen
Wandlers in eiinem Zwischenraum zwischen den Teilstücken des anderen Wandlers liegt und alle
Stücke zusammen eine gemeinsame Fläche zum Anlegen an den Prüfling bilden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsstücke bzw.
Teilstücke des Senders und Empfängers zwischen Wandler und Berührungsfläche zum Prüfling verschieden
lang ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 unter Verwendung keilförmiger Übertragungsstücke, dadurch
gekennzeichnet, daß die keilförmigen Übertragungsstücke mehrere von einer Keilfläche zur
anderen > durchgehende und auf der dritten, den Quarz tragenden Keilfläche senkrecht stehende
Einschnitte aufweisen und daß die Übertragungsstücke so angeordnet sind, daß die je zwischen
zwei Einschnitten befindlichen Rippen des einen Übertragungsstückes in den Einschnitten des
anderen Übertragungsstückes liegen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 649 518, 663 144;
französische Patentschrift Nr. 964 136;
USA.-Patentschriften Nr. 2 431 233, 2 467 301;
Aufsatz von Bergmann in VDI-Zeitschrift, Bd.92 (1950), S. 711 ff.
Britische Patentschriften Nr. 649 518, 663 144;
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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