DE1032946B - Einrichtung zur Ultraschall-Werkstoffpruefung - Google Patents

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

Anmelder:

Kelvin and Hughes Limited,
Hillington, Glasgow (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg, Von-Eichendorff-Str. 10

Beanspruchte Priorität:
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

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.

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.

halten ein gummiertes Gewebeblatt 45 auf der unteren
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)

PATENTANSPKOCHE:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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