Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallbildern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallbildern, insbesondere für die Zwecke
der Werkstoffprüfung, bei dem in einem Flüssigkeitsstrahlengang an einer Grenzfläche
der Flüssigkeit mit einem anderen Medium ein Reliefbild des abzubildenden Objektes
entworfen wird.Methods for Generating Ultrasound Images The invention relates to
a method for generating ultrasound images, in particular for the purpose
the material test, in which in a liquid beam path at an interface
the liquid with a different medium a relief image of the object to be imaged
is designed.
Zur Abbildung von Objekten mittels Ultraschallschwingungen ist ein
Verfahren bekannt, bei dem ein auf der Oberfläche einer Flüssigkeit entstehendes
Reliefbild mit Hilfe einer Schlierenanordnung auf einem Schirm oder einer Mattscheibe
abgebildet wird. Bei Anwendung dieses Verfahrens kommen jedoch nur die Abhänge des
Reliefbildes, d. h. die Konturen der abgebildeten Gegenstände zur Darstellung. Eine
Unterscheidung der Schallstellen und der schallfreien Stellen ist bei Unkenntnis
der abgebildeten Materialfehler nicht ohne weiteres möglich. Man kann sich primitiverweise
damit behelfen, daß man einen Stab oder ein Drahtnetz mit abbildet. An den schallfreien
Stellen werden dann das Drahtnetz bzw. der Stab nicht abgebildet. Dieses Hilfsmittel
kompliziert den Prüfvorgang, da es an dem Prüfling selbst befestigt werden muß.
Außerdem ist es nicht immer anwendbar. Es zeigt sich nämlich, daß die Drähte der
Drahtnetze j e nach der verwendeten Frequenz entsprechend dem Auflösungsvermögen
eine bestimmte Dicke besitzen müssen, um eine gute Abbildung zu erhalten. Sie überdecken
dadurch einen Teil des zu prüfenden Objektes und lassen kleinste Fehler nicht erkennen.
Ferner muß das zusätzlich abgebildete Hilfsmittel unbedingt in der Gegenstandsebene
der Linse angeordnet sein. Bei einem Prüfobjekt größerer Dicke ist es jedoch unmöglich,
das Gitternetz in, die Gegenstandsebene zu. bringen und mit dem Objekt zugleich
Diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei dem
bekannten Reliefbild-Abbildungsverfahren die Schallstrahlen durch im Strahlengang
vor der Grenzfläche der Flüssigkeit angeordnete Mittel teilweise reflektiert werden,
so daß durch Interferenz zwischen den direkten und den reflektierten Strahlen zusätzlich
ein System paralleler Streifen oder konzentrischer Ringe auf dem Reliefbild hervorgerufen
wird.For imaging objects by means of ultrasonic vibrations, a
Process known in which a forming on the surface of a liquid
Relief image with the help of a streak arrangement on a screen or a focusing screen
is mapped. When using this procedure, however, only the dependencies of the
Relief image, d. H. the contours of the objects shown for illustration. One
Differentiation of the sound points and the sound-free points is in case of ignorance
the material defects shown are not easily possible. One can look primitively
help by showing a rod or a wire net. To the soundless
In this case, the wire mesh or the rod are not shown. This tool
complicates the test process because it must be attached to the test specimen itself.
In addition, it is not always applicable. It turns out that the wires of the
Wire networks depending on the frequency used and the resolution
must have a certain thickness in order to obtain a good image. They cover up
thereby part of the object to be checked and do not reveal the smallest faults.
Furthermore, the additional aid shown must be in the object level
be arranged on the lens. With a test object of greater thickness, however, it is impossible
the grid in, the object level to. bring and with the object at the same time
These difficulties are avoided according to the invention in that in the
known relief image imaging method, the sound beams through in the beam path
means arranged in front of the interface of the liquid are partially reflected,
so that by interference between the direct and the reflected rays in addition
creates a system of parallel stripes or concentric rings on the relief image
will.
Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß unter der als Bildebene
dienenden Oberfläche der Kopplungsflüssigkeit eine in einem schwenkbaren Rahmen
eingespannte Folie angeordnet ist, die zusammen mit dem Rahmen als Behälter für
eine dünne Schicht einer anderen Flüssigkeit dient, an deren Oberfläche ein Reliefbild
des abzubildenden Gegenstandes erzeugt wird. Die in dem Spannrahmen eingespannte
dünne Folie ist zwar für den Schall hoch durchlässig, sie reflektiert aber so viel,
daß in dem durch die schräg gestellte Folie und die Flüssigkeitsoberfläche gebildeten
Keil Interferenzerscheinungen der hin- und zurückflutenden Schallenergie eintreten.
Das Reliefbild enthält dann ein der Stellung des Rahmens zur Oberfläche der Kopplungsflüssigkeit
entsprechendes Interferenzstreifensystem, das an den schallfreien Stellen des Bildes,
d. h. dort, wo z. B. beim abzubildenden Gegenstand Materialfehler vorhanden sind,
unterbrochen ist. Bei einer kegelförmigen Ausbildung der Folie werden an Stelle
der Interferenzstreifen konzentrische Ringe erzeugt, die gleichfalls an den schallfreien
Stellen unterbrochen sind.This can e.g. B. done in such a way that under the image plane
serving surface of the coupling liquid in a pivotable frame
clamped film is arranged, which together with the frame as a container for
a thin layer of another liquid is used, on the surface of which is a relief image
of the object to be imaged is generated. The one clamped in the tenter frame
thin film is highly permeable to sound, but it reflects so much,
that in the formed by the inclined film and the liquid surface
Wedge interference phenomena of the sound energy flowing back and forth occur.
The relief image then contains the position of the frame in relation to the surface of the coupling liquid
corresponding interference fringe system, which is applied to the sound-free areas of the image,
d. H. where z. B. there are material defects in the object to be depicted,
is interrupted. In the case of a conical design of the film, in place
the interference fringe creates concentric rings, which are also attached to the sound-free
Bodies are interrupted.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
an Hand der Abb. 1 bis 4 als Beispiel näher erläutert. Hierin zeigt Abb. 1 schematisch
eine bekannte Anordnung zur Erzeugung von Ultraschallbildern für die Zwecke der
Werkstoffprüfung. Eine mit einer Kopplungsflüssigkeit 1, beispielsweise Wasser,
angefüllte Wanne 2 enthält den ultraschalloptischen Teil der Anordnung. Ein abzubildendes
Objekt 3 befindet sich zwischen einem von einem nicht dargestellten Hochfrequenzsender
erregten Schallgeber 4 und einer Abbildungslinse 5. Über die Linse 5 und eine um
45° gegen die Horizontale geneigte Glasplatte 6, die als Spiegel wirkt, wird in
der Wasseroberfläche bei 7 in bekannter Weise ein Reliefbild des Objektes erzeugt.
Das Reliefbild kann mit Hilfe einer lichtoptischen Schliereneinrichtung deutlich
sichtbar gemacht werden. Hierzu dienen eine punktförmige Lichtquelle 8, eine Sammellinse
9, ein Planspiegel 10, ein in der Wanne 2 angeordnetes Fenster 11, ein weiterer
Planspiegel 12, eine Sammellinse 13, eine Schlierenblende 14 sowie ein Bildschirm
15.An arrangement for carrying out the method according to the invention is
explained in more detail on the basis of Figs. 1 to 4 as an example. Fig. 1 shows this schematically
a known arrangement for generating ultrasound images for the purposes of
Material testing. One with a coupling liquid 1, for example water,
filled tub 2 contains the ultrasonic optical part of the arrangement. One to be mapped
Object 3 is located between a high-frequency transmitter (not shown)
excited sound generator 4 and an imaging lens 5. About the lens 5 and one around
Glass plate 6, which is inclined at 45 ° to the horizontal and acts as a mirror, is shown in
the water surface at 7 generates a relief image of the object in a known manner.
The relief image can be made clear with the aid of a light-optical Schlieren device
be made visible. A point light source 8, a converging lens, is used for this purpose
9, a plane mirror 10, a window 11 arranged in the tub 2, another
Plane mirror 12, a collecting lens 13, a Schlieren diaphragm 14 and a screen
15th
An der Stelle, an der das Reliefbild 7 an der Oberfläche der Kopplungsflüssigkeit
1 entsteht, wird, wie Abb. 2 zeigt, ein Spannrahmen 16 mit einer eingespannten Folie
17 angeordnet. In dem Folienrahmen befindet sich eine Flüssigkeit 18. Steht der
Rahmen
normal, d. b. so, daß sich die Folie 17 senkrecht zum Schallstrahl
befindet, so geht dieser ohne merkliche Schwächung durch die Folie und erzeugt in
der Oberfläche der Flüssigkeit 18 ein Reliefbild. Wird der Rahmen jedoch so angeordnet,
daß die Folie 17 mit der Oberfläche der Flüssigkeit einen kleinen, Winkel a bildet,
so erzeugen interferierende Schallstrahlen außerdem ein System paralleler Streifen
auf der Flüssigkeitsoberfläche. Das Reliefbild mit dem Streifensystem wird durch
die in Abb. 1 dargestellte Schlierenanordnung auf den Schirm 15 abgebildet. Abb.
3 zeigt ein derartiges Bild einer kreisförmigen Platte. An den Stellen, an denen
sich im Material des abzubildenden Gegenstandes beispielsweise Lunker, Risse od.
dgl. befinden, ergeben sich schallfreie Stellen, an denen die Interferenzstreifenbildung
unterbleibt. Auf dem Bild nach Abb. 3 deutet z. B. der Teil 19 auf einen Materialfehler
in der Platte hin, während der übrige Teil des Bildes Interferenzstreifen 20 aufweist,
die auf ein einwandfreies Gefüge dieses Teiles der Platte schließen lassen. Je nach
Lage der Fehlerstelle kann, um die Lesbarkeit des Bildes zu erleichtern, der Spannrahmen
mit der Folie um einen Winkel ß gedreht werden. Dabei ergibt sich im Bilde eine
entsprechende Drehung der Lage der Interferenzstreifen 20, wie sie in Abb. 4 dargestellt
ist.At the point where the relief image 7 on the surface of the coupling liquid
1 is created, as Fig. 2 shows, a clamping frame 16 with a clamped film
17 arranged. There is a liquid 18 in the film frame
frame
normal, d. b. so that the film 17 is perpendicular to the sound beam
is located, it goes through the film without noticeable weakening and generates in
the surface of the liquid 18 is a relief image. However, if the frame is arranged
that the film 17 forms a small angle a with the surface of the liquid,
thus interfering sound beams also create a system of parallel stripes
on the liquid surface. The relief image with the stripe system is through
the Schlieren arrangement shown in Fig. 1 is shown on the screen 15. Fig.
Figure 3 shows such an image of a circular plate. In the places where
in the material of the object to be depicted, for example, voids, cracks or.
Like. Are, there are sound-free places where the interference fringes
is omitted. In the picture according to fig. B. the part 19 on a material defect
in the plate, while the rest of the image has interference fringes 20,
which suggest a perfect structure of this part of the plate. Depending on
To make the image easier to read, the location of the fault can be the clamping frame
be rotated with the film by an angle ß. This results in one in the picture
corresponding rotation of the position of the interference fringes 20, as shown in Fig. 4
is.