DE1573401B2 - Anordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung auf verborgene Defekte - Google Patents

Description

Die Erfindung wird in der nachstehenden Be- die Fläche 18 des Werkstückes 12 fällt, wird an dem

Schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an ^heißen Punkt« 28 in dem Bereich unmittelbar ne-

Hand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnun- ben der Oberfläche 18 Wärme erzeugt. Ein Teil die-

gen zeigt ^ser Wärme wird in das Innere des Werkstückes 12

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer auf dem In- 5 geleitet, wo sich die Wärme quer durch das Werk-

frarotstrahlungsprinzip arbeitenden Anordnung zur stück 12 zu dessen Rückfläche und seitlich im we-

zerstörungsfreien Werkstoffsprüfung in Blockschalt- sentlichen parallel zu der vorderen und rückwärtigen

bilddarstellung, Oberfläche ausbreitet. Ein anderer Teil der Wärme

F i g. 2 A und 2 B Schaubilder zur Veranschauli- wird von der Oberfläche 18 des Werkstückes 12 in

chung der Kennwerte der Anordnung von F i g. 1 bei io Form von Infrarotstrahlung zurückgestrahlt. Die

verschiedenen Betriebsbedingungen, Wellenlängen sowie die Strahlungsmengen sind eine

F i g. 3 ein Schaubild zur Veranschaulichung einer Funktion der Temperatur der Oberfläche 18.

anderen Betriebsbedingung der Anordnung, Die Geschwindigkeit, mit welcher die Wärme in

F i g. 4 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel einer und durch das Innere des Werkstückes 12 übertragen

auf dem Infrarotstrahlungsprinzip arbeitenden An- 15 wird, ist eine Funktion einer großen Anzahl von

Ordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffsprüfung in Faktoren, beispielsweise der thermischen Leitfähig-

Blockschaltbilddarstellung, keit des Materials, der Höhe des Temperaturgefälles,

F i g. 5 eine in der Anordnung nach F i g. 4 zu ver- der Abmessungen des Materials und dergleichen,

wendende Filterscheibe in Querschnittdarstellung. Ein verhältnismäßig dickes Werkstück wirkt als

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung, welche allge-.«o Wärmespeicher, und die Wärme zeigt das Bestreben, mein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, dient zur sich über das gesamte Innere des Werkstückes verUntersuchung einer verhältnismäßig flachen Platte 12 hältnismäßig schnell auszubreiten. Da ein solches und kann verborgene Defekte anzeigen, orten und/ Werkstück die Wärme schnell absorbieren kann, oder die Abmessungen des Werkstückes bzw. der bleibt wenig Energie an der Oberfläche, und die Platte 12 bestimmen. 25 Oberflächentemperatur steigt nicht.

Die Anordnung 10 umfaßt eine Halterung 14 zum Folglich ist die Menge der Infrarotstrahlung gering

Festhalten des Werkstückes 12 in seiner Lage wäh- und weist hohe Wellenlängen auf.

rend der Durchführung einer Untersuchung. Ein Ab- Ein verhältnismäßig dünnes Werkstück ist nicht in

tastmechanismus 16 ist mit der Halterung 14 gekop- der Lage, so viel Wärme mit einer so hohen Ge-

pelt, um das Werkstück 12 zu bewegen. Das Werk- 30 schwindigkeit zu absorbieren. Die Wärme verteilt

stück 12 kann lediglich in einer Richtung transpor- sich rasch zu der rückwärtigen Oberfläche, wobei die

tiert werden. Wenn indessen die gesamte Fläche 18 Fähigkeit des Werkstückes zur Absorption zusätzli-

des Werkstückes 12 zu untersuchen ist, kann dieses eher Wärme durch die Geschwindigkeit bestimmt

in einer ersten Richtung mit einer ersten Geschwin- wird, bei welcher die Energie seitlich durch das

digkeit und in einer zweiten Richtung mit einer zwei- 35 Werkstück in Richtung parallel zu den Vorder- und

ten Geschwindigkeit bewegt werden, wobei die ge- Rückflächen strömen kann. Für eine gegebene Ener-

samte Fläche 18 auf einer Reihe von im wesentlichen giemenge steigt die Temperatur an der Oberfläche

parallelen Geraden abgetastet wird. eines dünnen Werkstückes schneller und auf einen

Während einer Untersuchung wird die Temperatur höheren Wert als bei einem dicken Werkstück,
des Werkstückes 12 geändert, indem Wärme in das 40 Wenn das Innere des Werkstückes homogen ist, oder aus dem Werkstück 12 übertragen wird. Ob- werden die Geschwindigkeit und die Menge des gleich die Wärme in das gesamte Werkstück 12 über- Energieüberganges durch das Werkstück gleichförtragen werden kann, wird bei der vorliegenden An- mig sein, wenn der »heiße Punkt« 28 eine Abtastung Ordnung 10 die Wärme aufeinanderfolgend begrenz- über die Fläche 18 durchführt, und der Temperaten Bereichen zugeführt, wenn das Werkstück 12 ab- 45 turanstieg ist eine Funktion der Dicke. Unbeschadet gefühlt wird. Die Wärme kann durch geeignete Heiz- der Tatsache jedoch, ob das Werkstück 12 dick oder elemente 20 erzeugt werden, beispielsweise durch dünn ist, ergibt sich eine entsprechende örtliche Anden Heizfaden einer an eine Energiequelle 22 ange- derung der thermischen Leitfähigkeit des Werkstükschlossenen Glühlampe. kes 12, wenn irgendwelche örtlichen Uneinheitlich-

Die seitens der Heizeinrichtung 20 erzeugte 50 keiten in dem Werkstück 12 vorliegen, beispielsweise Wärme wird in einen gut definierten Strahl 24 durch in Form eines Lufteinschlusses oder Lunkers, soneine Linse und/oder einen Spiegel 26 gebündelt. Der stiger Einschlüsse, einer Änderung der Porosität oder Strahl 24 konzentriert im wesentlichen die gesamte Kornstruktur, einer Dickenänderung und derglei-Energie in einen verhältnismäßig kleinen »heißen chen. Folglich werden Änderungen in der Tempera-Punkt« 28 an der Oberfläche 18 des Werkstückes 12. 55 tür an der Fläche 18 entsprechend den inneren Än-Die dem »heißen Punkt« 28 zugeführte Energie so- derungen des Werkstückes 12 lokalisiert,
wie die Form des Punktes hängen von der Art des Demgemäß sind die augenblicklichen Temperatu-Materials, der Art der durchgeführten Untersuchung, ren der aufeinanderfolgenden Oberflächenbereiche der Abfühlgeschwindigkeit und dergleichen ab. In an dem Werkstück 12 eine Funktion von dessen therden meisten Fällen ergibt die in das Werkstück 12 60 mischer Leitfähigkeit, welche wiederum eine Funkübertragene Wärmemenge normalerweise eine Ober- tion der Kennwerte des Werkstückes 12 einschließflächentemperatursteigerung in dem allgemeinen Be- Hch dessen Dicke, innerer Einheitlichkeit und derreich von etwa 14° bis 28° C oberhalb Umgebungs- gleichen ist.

temperatur. Dies bewirkt, daß die meiste von der Eine geeignete Form eines Aufnahmeelementes Oberfläche 18 abgestrahlte Energie eine Wellenlänge 65 kann verwendet werden, um diese Oberflächentemin dem Bereich von etwa 2 bis etwa 15 Mikron auf- peratur abzufühlen. Im vorliegenden Fall wird ein weist. sogenannter Strahlungsmesser 30 verwendet. Der InWenn die Strahlungsenergie des Strahlers 24 auf frarotstrahlungsmesser spricht auf abgestrahlte Ener-

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gie im Infrarotbereich von etwa 1 oder 2 Mikron bis Dies stellt starke Signale mit einem hohen Verhältnis

etwa 15 Mikron an und erzeugt ein elektrisches Si- von Signal zu Störung sicher.

gnal, welches eine Funktion der Intensität oder der Die Signale der Filter 38, 40 sind somit Wechsel-Menge der Strahlung ist. Stromsignale mit Amplituden, welche sich mit der

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 wird ein 5 vierten Potenz der Temperatur der Oberfläche 18 än-Paar von Strahlungsmessern 30, 32 auf die Ober- dem. Die Amplituden sind jedoch auch eine Funkfläche 18 des Werkstückes 12 fokussiert. Vorzugs- tion des Emissionsvermögens des Bereiches der weise werden diese Strahlungsmesser 30, 32 auf den Oberfläche 18, welcher durch die Strahlungsmesser gleichen Bereich fokussiert und nehmen die gleichen 30, 32 abgefühlt wird. Dies bedeutet, daß bei Mengen infraroter Strahlung auf. Die Größe oder io schwarzer oder nahezu schwarzer (d. h. im infraroten Amplitude dieser Strahlung sowie die Wellenlänge Bereich) Oberfläche 18 das Emissionsvermögen hoch ändert sich mit der vierten Potenz der Oberflächen- liegt, beispielsweise 1, und die Intensität der Strahtemperatur. Somit entsprechen die Signale der Strah- lungen ebenfalls hoch. Wenn die Oberfläche 18 grau lungsmesser 30, 32 der vierten Potenz der Tempera- ist und ein niedrigeres Emissionsvemögen aufweist, tür des gemessenen Oberflächenbereiches. 15 beispielsweise von 0,5, machen die Strahlungen Ie-

Der Bereich, auf welchem die Strahlungsmesser diglich 50% der Schwarzkörperstrahlung aus.
30, 32 fokussiert sind, liegt auf der gleichen Abtastli- Zusätzlich zur Oberflächentemperatur und dem nie wie der »heiße Punkt« 28, welcher von dem Oberfiächenemissionsvermögen sind die Signale der Heizelement 20 erzeugt wird. Der Abfühlbereich,be- Strahlungsmesser 30, 32 (sowie der Filter 38, 40) findet sich jedoch in einem Abstand gegenüber eiern 20 auch eine Funktion der Kennwerte der Wandler in »heißen Punkt« 28. Somit fühlen die Strahlungsmes- den Strahlungsmessern 30, 32. In den Strahlungsmesser 30, 32 den Bereich um ein bestimmtes Zeitinter- sern 30, 32 kann irgendein gewünschter Wandler vall später ab, nachdem der abgefühlte Bereich von verwendet werden, jedoch erwies es sich als günstig, dem Heizelement 20 erwärmt wurde. Der abgeta- einen mit Quecksilber geimpften Germanium-Langstete Bereich wird somit zuerst auf einen bestimmten 25 wellen-Infrarotdetektor der Firma Texas Instrument Wert aufgeheizt, um einen »heißen Punkt« 28 mit Co. vom Typ M-6000 zu verwenden. Die Kennwerte einer bestimmten eingespeisten Energiemenge zu bil- eines solchen Detektors sind beschrieben in »Texas den. Die Beheizung des »heißen Punktes« 28 endigt Instruments Bulletin«, Nr. DL-S 622563, April 1962. dann, und die Energie zeigt das Bestreben, sich in Ein Detektor dieser Art spricht auf Strahlungen mit der oben beschriebenen Weise zu verteilen, wobei ein 30 Wellenlängen zwischen etwa 1 und 15 Mikron an Teil der Energie das Werkstück 12 als Wärme durch- und weist Kennwerte ähnlich F i g. 3 auf.
setzt und ein Teil von der Oberfläche 18 als Infrarot- Obgleich das Ansprechen eines solchen Detektors strahlung abgegeben wird. Die Geschwindigkeit, bei eine gewisse Änderung mit der Frequenz in einem welcher die Energie durch das Werkstück 12 geleitet Band von etwa 4 bis 13 Mikron erfährt, ist das Anwird, und somit die Geschwindigkeit, mit welcher die 35 sprechvermögen im wesentlichen gleichförmig. Fer-Temperatur des »heißen Punktes« 28 fällt, ist eine ner kann das Ansprechvermögen in zwei verschie-Funktion der inneren Kennwerte des Werkstückes dene Bereiche, nämlich einen Bereich 1 und einen 12. Durch Messung der Strahlungsmenge von einem Bereich 2, unterteilt werden. Das Ansprechvermögen Bereich in einem bestimmten Zeitraum nach dessen in jedem Bereich ist etwa gleich, wobei die durch Erwärmung ergeben die Strahlungsmesser 30, 32 Si- 4° Kurve 42 miteinander verbundenen Bereiche und die gnale, welche eine Funktion der inneren Struktur des Bereichsgrenzen im wesentlichen gleich sind. Obgleich Werkstückes 12 neben diesem Bereich sind. diese Bereiche getrennt dargestellt sind, können sie

Normalerweise ist die Strahlung von der Ober- wesentlich breiter sein und einander auf Wunsch

fläche 18 im wesentlichen gleichförmig oder ändert auch überlappen.

sich lediglich geringfügig. Eine langsame Änderung 45 Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Infrarotoder ein Gleichstromstrahlungssignal dieser Art er- filter 44, 46 vor jedem Strahlungsmesser 30, 32 anfordert Gleichstromverstärker, welche instabil sind geordnet. Das erste Filter 44 läßt lediglich Infrarot- und einer Drift unterworfen sind. Um diese Schwie- strahlung in dem ersten Bereich zu dem Strahlungsrigkeit zu umgehen und auch die Wechselstromkenn- messer 30 durch, während das zweite Filter 46 ledigwerte der Strahlungsmesser 30, 32 auszunutzen, er- 50 Hch Infrarotstrahlungen in dem zweiten Bereich zu wies es sich als günstig, eine (nicht gezeigte) Sekto- dem zweiten Strahlungsmesser 32 durchläßt. Die Sirenscheibe innerhalb jedes der Strahlungsmesser 30, gnale des ersten Strahlungsmessers 30 und des Filters 32 zu verwenden. Auf diese Weise wird die Strah- 38 sind eine Funktion der Strahlung des »heißen lung, welche die Strahlungsmesser erreicht, zerhackt. Punktes« 28 in dem ersten Bereich. In ähnlicher Der Strahlungsmesser erzeugt hierbei Wechselstrom- 55 Weise sind die Signale des zweiten Strahlungsmessers signale mit einer Frequenz, welche durch die Dreh- 32 und Filters 40 eine Funktion der Strahlung von zahl der Sektorenblende bestimmt ist, sowie mit Am- dem »heißen Punkt« 28 in dem zweiten Bereich,
plituden, welche entsprechend der Strahlungsintensi- Die Strahlung in dem »heißen Punkt« 28 hängt tat moduliert ist. von einer großen Anzahl von Faktoren ab. Die In-

Ein Verstärker 34 bzw. 36 ist mit dem Ausgang 60 tensität und Wellenlänge der Strahlung hangt in er-

des Strahlungsmessers 30 bzw. 32 verbunden, um die ster Linie von der Abmessung und Temperatur des

Amplitude des Signals auf einen brauchbaren Wert »heißen Punktes« 28 ab. Beispielsweise ist eine

anzuheben. Die Ausgänge der Verstärker 34, 36 sind Gruppe von Strahlungskurven für eine Temperatur

wiederum mit Filtern 38, 40 gekoppelt. Diese Filter in F i g. 2 A gezeigt. Bei dieser Temperatur tritt die

38, 40 sind Bandpaßfilter und auch auf die Zerhak- 65 maximale Intensität bei einer Wellenlänge von etwa

kungsfrequenz der Strahlungssignale abgestimmt. 7 bis 8 Mikron auf. Oberhalb und unterhalb dieser

Diese Filter 38, 40 lassen lediglich die Strahlungs- Wellenlänge nehmen die relativen Intensitäten ab.

signale durch und unterdrücken alle anderen Signale. Die Absolutwerte der Intensität sind eine Funktion

verschiedener Variablen. Eine der Variablen ist das Emissionsvermögen der Strahlen an der Oberfläche. Wenn das Emissionsvermögen hoch ist, liegt die Strahlungsintensität hoch, und zwar ähnlich der oberen Kurve 44. Wenn umgekehrt das Emissionsvermögen niedrig ist, liegt die Strahlungsintensität niedrig, und zwar ähnlich der unteren Kurve 46. Das Emissionsvermögen steuert somit die Höhe der Kurve. Wenn die Temperatur gleich bleibt, ändert das Emissionsvermögen nicht wesentlich die Form der Kurve 44 oder 46. Die maximale Intensität befindet sich noch auf der gleichen Wellenlänge, und die Intensität oberhalb und unterhalb dieser Wellenlänge liegen im gleichen Verhältnis. Im Ergebnis bleibt eine Strahlung in dem ersten und zweiten Bereich im wesentlichen in dem gleichen Verhältnis unbeschadet des Emissionsvermögens.

Falls das Emissionsvermögen konstant bleibt, jedoch eine Temperaturänderung auftritt, verschiebt sich die Wellenlänge der Maximalintensität der Strahlung. Wie sich aus F i g. 2 B ergibt, tritt die Maximalintensität bei niedriger Temperatur in den Bereich von etwa 10 Mikron auf, wobei die Strahlung oberhalb und unterhalb dieses Punktes um entsprechende Werte verschoben wird. Bei dieser niedrigeren Temperatur werden die Anteile der Strahlungen, welche in dem ersten und zweiten Bereich auftreten, geändert.

Während bei der höheren Temperatur in F i g. 2 A der erste Bereich den größten Anteil der Strahlung aufweist, trifft dies bei der niedrigeren Temperatur gemäß F i g. 2 B für den zweiten Bereich zu. Das Verhältnis zwischen den Strahlungen in den beiden Bereichen bleibt somit konstant, unbeschadet von Änderungen des Emissionsvermögens. Das Verhältnis ändert sich indessen als eine Funktion der Temperatur des strahlenden »heißen Punktes«. Da die Filter 44, 46 die Strahlung, welche die Strahlungsmesser 30, 32 erreicht, in seinen ersten und zweiten Bereich unterteilen, ist das Verhältnis zwischen den Signalen der Filter 38, 40 eine Funktion der Oberflächentemperatur und unabhängig von dem Emissionsvermögen der Oberfläche.

Die Ausgänge der beiden Filter 38, 40 können mit geeigneten Bauelementen zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen den Signalen aus dem ersten und zweiten Bereich verbunden werden. Im vorliegenden Fall ist ein Teiler oder eine Vergleichssignaleinheit 48 mit zwei getrennten Eingängen 50, 52 unmittelbar an die Ausgänge der Filter 38, 40 angeschlossen. Die Vergleichsbaueinheit 48 teilt oder vergleicht die Amplituden der beiden Signale und erzeugt ein Ausgangs- oder Verhältnissignal. Dieses Verhältnissignal ist somit eine Funktion der relativen Anteile der Strahlung in dem ersten und zweiten Bereich und somit der Temperatur der Oberfläche 18.

Der Ausgang 54 der Vergleichsbaueinheit 48 ist mit einem Verstärker 56 gekoppelt, welcher die Amplituden des Signals auf einen brauchbaren Wert anhebt. Der Verstärker 56 wiederum ist mit einer geeigneten Ablesevorrichtung 58, beispielsweise einem Oszillographen und/oder einem Meßinstrument 62 und dergleichen, versehen. Die Ableseelemente sprechen auf das Signal an und zeigen die Kennwerte des Werkstückes an.

Um ein Werkstück 12 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zu untersuchen, wird dieses zuerst auf die Halterung 14 gelegt. Darauf werden die Heizeinrichtung 20 und die Abkühleinrichtung 16 in Betrieb gesetzt. Wenn das Werkstück an der Heizeinrichtung 20 vorbeiläuft, wird ein »heißer Punkt« 28 an der Oberfläche 18 des Werkstückes 12 erzeugt und wandert quer hierzu. Eine bestimmte Zeit nach Bildung des »heißen Punktes« 28 fühlen die beiden Strahlungsmesser 30, 32 die vorangehend seitens der Heizeinrichtung 20 aufgeheizten und nun abkühlenden Bereiche ab. Da eine bestimmte Wärmemenge in

ίο das Werkstück 12 übertragen wird und ein festes Intervall vergeht, bevor eine Abfühlung stattfindet, ist die Temperatur des abgefühlten Bereiches eine Funktion der thermischen Leitfähigkeit des Werkstückes 12 in der Nähe. Die thermische Leitfähigkeit ist wiederum eine Funktion des Vorliegens oder Nichtvorliegens von Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Leerräumen, Einschlüssen, Schichtentrennungen, fehlenden Verbindungen, Dickenänderungen und dergleichen.

Wenn die Strahlungsmesser 30, 32 die vorbeilaufenden Bereiche abfühlen, erzeugen sie Signale, welche Funktionen der Temperatur und des Emissionsvermögens sind. Jedes Signal wird jedoch auf die Strahlung beschränkt, welche innerhalb des ersten oder zweiten Bereiches auftritt. Diese beiden Signale werden dann durch die Verstärker 34, 36 sowie die Filter 38,40 in die Signalvergleichseinheit 48 geleitet. Die Vergleichseinheit 48 teilt ein Strahlungssignal durch das andere und erzeugt ein Verhältnis- signal, welches eine Funktion der Oberflächentemperatur und unabhängig von dem Emissionsvermögen ist.

Die Ableseelemente 58, beispielsweise das Element 62 und/oder der Oszillograph 60, sprechen auf das Signal des Verstärkers 56 an. Es erfolgt somit ein Ansprechen auf die laufende thermische Leitfähigkeit des Werkstückes 12. Dementsprechend können die Anzeigegeräte so geeicht sein, daß sie Kennwerte des Werkstückes 12 anzeigen, die der thermischen Leitfähigkeit entsprechen. Durch Beobachtung der Ableseeinrichtung 58 kann beispielsweise eine Bedienungsperson die Kennwerte des Werkstückes 12 überwachen. Auf Wunsch kann die Ableseeinrichtung 58 Bauelemente zur Erzeugung einer dauernden Aufzeichnung und/oder Bauelemente die zur automatischen Abgabe eines akustischen Warnsignals oder zur Zurückweisung des Werkstückes 12 und dergleichen enthalten.

Obgleich eine Untersuchungsanordnung der beschriebenen Art sehr wirksam ist, um Werkstücke auf innere Defekte hin zu überprüfen oder zu untersuchen, erwies es sich unter gewissen Umständen als günstig, eine Untersuchungsanordnung 70 gemäß F i g. 4 und 5 zu verwenden. Diese Untersuchungsan-Ordnung 70 umfaßt ein Auflageelement 72, einen Abfühlmechanismus 74, ein Heizelement 76 und eine Energieversorgung 78, welche alle im wesentlichen den entsprechenden Bauelementen der vorangehend beschriebenen Anordnung 10 entsprechen. Die Heizeinrichtung 76 kann einen »heißen Punkt« 80 an dem Werkstück 12 bilden, welcher die Oberfläche 18 in einer einzigen Linie oder in einer Reihe paralleler Linien abtastet.

Ein Strahlungsaufnahmeelement 82 befindet sich in seitlichem Abstand gegenüber dem Heizungselement 76 und fühlt die gleiche Linie wie das Heizelement 76 ab. Das Strahlungsaufnahmeelement 82 nimmt hierbei Strahlung von dem »heißen Punkt« 80

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auf, nach dem dieser über eine bestimmte Zeit abge- mechanischer oder elektronischer Schalter, und mit

kühlt wurde. Das Strahlungsaufnahmegerät 82 kann der Filterscheibe 96 beispielsweise durch eine Lei-

irgendwelche Elemente umfassen, welche auf Infra- tung 106 synchronisiert sein.

rotstrahlung ansprechen, und ein hierzu proportiona- Der Schalter 104 läßt zuerst den Strahlungsanteil

les elektrisches Signal erzeugen. Beispielsweise wird 5 in dem ersten Bereich zu dem ersten Ausgang 108

im vorliegenden Fall ein einziger Strahlungsmesser und danach den Strahlungsausgang in dem zweiten

84 verwendet. Bereich zu einem zweiten Ausgang 110 durch. Das

Eine Sammellinse 86 oder ein Hohlspiegel können Signal an dem ersten Ausgang 108 entspricht der

vor einem Strahlungsmesser 84 angeordnet sein. Die Strahlung in dem ersten Bereich, das Signal an dem

Linse 86 bündelt einen großen Anteil der Infrarot- xo zweiten Ausgang 110 der Strahlung in dem zweiten

strahlung und fokussiert diesen in einen Strahl 88, Bereich. Jeder der beiden Ausgänge 108, 110 ist an

welcher auf den Strahlungsmesser 84 fällt. Aus nach- geeignete Verstärker 112, 114 angeschlossen, um die

folgend noch zu erläuternden Gründen ist es günstig, Signale auf einen brauchbaren Wert zu verstärken,

daß der Strahl 88 auf eine verhältnismäßig kleine Die Ausgänge der beiden Verstärker 112, 114 sind

Zone 90 am gleichen Punkt gebündelt wird. 15 beispielsweise mit einer Vergleichsbaueinheit 116

Der Strahlungsmesser 84 kann im wesentlichen zum Vergleich der beiden Signale gekoppelt. Diese gleich den Strahlungsmessern 30, 32 bei der zuerst Vergleichsbaueinheit 116 kann von beliebiger Ausbeschriebenen Anordnung 10 sein und umfaßt eine bildung sein, beispielsweise in Form eines Tellers, (nicht gezeigte) Verschluß- oder Sektorenscheibe, welcher das Signal des einen Ausganges 108 durch welche die den Strahlungsmesser erreichende Sfrah- 20 das Signal des anderen Ausganges 110 teilt und ein lung periodisch unterbricht. Der Ausgang des Strah- resultierendes Verhältnissignal erzeugt. Die Größe lungsmessers ist mit einem Verstärker 92 verbunden, des entstehenden Verhältnissignals ist demnach eine welcher das Strahlungssignal auf einen brauchbaren Funktion des Verhältnisses zwischen der Strahlung in Wert verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 92 ist den beiden Frequenzbereichen und entspricht dem wiederum mit einem Filter 94 gekoppelt, welches auf 25 Signal der Vergleichsbaueinheit 48 bei der Ausfühdie gleiche Frequenz wie die seitens der Sektoren- rungsform nach F i g. 1. Das Ausgangssignal der Verscheibe erzeugte Frequenz abgestimmt ist. Das Filter gleichsbaueinheit 116 kann mit einem Verstärker 118 94 läßt das Strahlungssignal durch und unterdrückt und einem Ablesemechanismus 120 ähnlich wie bei alle anderen Signale, wobei ein hohes Verhältnis von der ersten Ausführungsform gekoppelt sein.
Signal zu Störung erhalten wird. 30 Zum Betrieb der zuletzt beschriebenen Ausfüh-

Eine Filterscheibe 96 ist vor dem Strahlungsmes- rungsform wird das Werkstück 12 auf die Auflage 72 ser 84 vorgesehen, um die diesen erreichende Strah- gelegt, und der Abfühlmechanismus 74 sowie die lung zu modulieren. Die Scheibe 96 sitzt auf einer Heizeinrichtung 66 werden eingeschaltet. Der entsterotierenden Welle und wird durch einen Motor 98 hende »heiße Punkt« 80 bewirkt dann eine Abfühangetrieben. Der Umfang der Scheibe 98 ist in dem 35 lung über die Oberfläche 18 des Werkstückes 12. Strahlengang 88 angeordnet, vorzugsweise bei oder Der Strahlungsmesser 84 nimmt alsdann wechselnahe der Pupille 90. Der Umfang umfaßt mehrere weise Strahlung in dem ersten und zweiten Bereich Infrarotfilter 100, 102, welche den Filtern 44, 46 der auf, und der Schalter 104 trennt synchron die beiden vorangehend beschriebenen Ausführungsform einer Anteile des Strahlungssignals. Diese Anteile entspreerfindungsgemäßen Anordnung entsprechen und 40 chen den Strahlungen in dem ersten und zweiten Bewechselweise so angeordnet ist, daß wechselweise Ie- reich und werden dem Verstärker 114 bzw. dem Verdiglich Strahlung in einem Bereich und danach in stärker 116 zugeleitet. Die Signalvergleichsbaueinheit dem anderen Bereich durchgelassen wird. 116 teilt alsdann diese beiden Signale durcheinander

Die Strahlungssignale des Filters 94 weisen somit und erzeugt ein Ausgangssignal, welches der Tempe-

zwei verschiedene Teile auf, welche periodisch und 45 ratur der Oberfläche 18 an dem Werkstück 12 ent-

wechselweise zueinander auftreten und den Strahlun- spricht. Die Ablesebaüelemente 120 sprechen auf

gen in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen dieses Signal an und erzeugen eine gewünschte Form

entsprechen, d. h. einem ersten und zweiten Bereich. der Anzeige.

Der Ausgang des Filters 94 ist mit einem Schalter Obgleich beide beschriebenen Ausführungsformen

104 gekoppelt, welcher die beiden unterschiedlichen 50 von Untersuchungsanordnungen in ähnlicher Weise

Signalteile voneinander trennen kann. Der Schalter arbeiten, verwendet die zweite Ausführungsform Ie-

104 kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als diglich einen einzigen Strahlungsmesser.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 Patentansprüche- ratur des Werkstücks. Um die Oberflächentempera- tür insbesondere in kleinen aufeinanderfolgenden Be-

1. Anordnung zur zerstörungsfreien Werkstoff- reichen zu messen, wird die Oberfläche beispielsprüfung auf verborgene Defekte auf dem Prinzip weise mit einem Strahlungsmesser abgetastet, der die der Messung des Emissionsvermögens eines 5 von der Oberfläche abgestrahlte Infrarotstrahlung Werkstückes für Infrarotstrahlung mit einer aufnimmt. Die Intensität dieser Strahlung ist eine Heizeinrichtung zur im wesentlichen punktförmi- Funktion der vierten Potenz der Oberflächentempegen Bestrahlung eines fortlaufend vorgeschobe- ratur.

nen Werkstückes, einem in Vorschubrichtung so- Andererseits ist die Strahlung jedoch auch eine diwie in bestimmtem Abstand hinter der jeweils be- ίο rekte Funktion des Emissionsvermögens der Werkstrahlten Stelle angeordneten Strahlungsempfän- Stückoberfläche. Schwankt das Emissionsvermögen, ger, der auf zwei verschiedene Wellenlängen an- so ändert sich die Strahlung um einen entsprechenden sprechend ausgebildet ist, und einer nachgeord- Wert. Ergeben sich nun etwa auf Grund von Mateneten Signalauswerteeinrichtung, dadurch rialfehlem verhältnismäßig geringe Änderungen der gekennzeichnet, daß die Signalauswerte- 15 Oberflächentemperatur, etwa unter 10° C, so wereinrichtung eine durch die den beiden Wellenlän- den die sich daraus ergebenden Änderungen der gen entsprechenden Signale des Strahlungsemp- Strahlungsintensität praktisch von den viel größeren fängers beaufschlagte Vergleichseinheit (116) Intensitätsschwankungen überdeckt, die auf den norumfaßt, deren Ausgangssignal proportional dem malen Schwankungen des Emissionsvermögens beru-Verhältnis der beiden Signalamplituden ist. · 20 hen. Da nur das Emissionsvermögen, nicht aber die

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Temperaturstrahlung von der Wellenlänge abhängt, ist kennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (30, es möglich, den Einfluß des Emissionsvermögens da-32; 84) zwei auf verschiedene Wellenlängen an- durch zu berücksichtigen, daß Messungen bei zwei sprechende Filter (40, 46; 100,102) umfaßt. verschiedenen Wellenlängen durchgeführt werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 25 Aus der USA.-Patentschrift 3 043 956 ist eine kennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger zwei Prüfmethode auf dem Infrarotstrahlungsprinzip zur Wandler (30, 32) umfaßt, deren jeder einem der Untersuchung von Werkstücken bekannt, bei der das Filter (44, 46) nachgeordnet ist. Werkstück mit einer amplitudenmodulierten Infra-

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- rotstrahlung erwärmt wird. Die von dem Werkstück kennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger einen 3° abgegebene Temperaturstrahlung schwankt in ihrer einzigen Wandler (84) sowie eine mechanische Intensität entsprechend der Modulation der Primär-Bewegungseinrichtung (98) zum periodisch auf- strahlung. Die Schwankungen erfolgen jedoch mit einanderfolgenden Einbringen beider Filter (100, einer Verzögerung oder Phasenverschiebung, die von 102) in den Strahlengang des Wandlers umfaßt den zu untersuchenden Materialeigenschaften abhän- und daß dem Wandler (84) ein mit der Bewe- 35 gen. Um nun bei der bekannten Methode die Eingungseinrichtung synchronisierter Schalter (104) flüsse des Emissionsvermögens zu eliminieren, wird zur abwechselnden Beaufschlagung je eines von mit auf zwei verschiedene Wellenlängen ansprechenzwei Eingängen der Vergleichsbaueinheit (116) den Strahlungsempfängern gearbeitet, wobei die Monachgeordnet ist. dulation der Primärstrahlung mit den Modulationen

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- 4° beider empfangener Strahlungen verglichen bzw. die kennzeichnet, daß die Filter (100, 102) auf einer beiden Phasenverschiebungen zwischen den Sekunumlaufenden Sektorenscheibe (96) angeordnet därstrahlungen einerseits und der Primärstrahlung sind. andererseits bestimmt werden. Da die Erwärmung

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch ge- des zu untersuchenden Werkstücks der Modulation kennzeichnet, daß mehrere eine erste Wellen- 45 der Infrarot-Strahlungsquelle folgen muß, sind Frelänge durchlassender Filter (100) und eine quenz und Modulationsgrad beschränkt, wodurch die gleiche Anzahl eine zweite Wellenlänge durchlas- Genauigkeit und vor allem die Geschwindigkeit der sender Filter (102) abwechselnd auf dem Umfang Messung beschränkt werden.

der Sektorenscheibe (96) angeordnet sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ge-

50 nauigkeit und Geschwindigkeit der Messung mit einer möglichst einfachen Apparatur zu steigern. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzei-

chen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß erfolgt also keine Modulation

55 der primären Strahlung aus der Infrarotquelle, und

die Messung ist auch nicht davon abhängig, daß die

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zerstö- Erwärmung des Werkstücks den Schwankungen einer rungsfreien Werkstoffprüfung auf verborgene De- derartigen Modulation folgt. Dadurch ergibt sich eine fekte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. genauere Messung sowie die Möglichkeit bei konti-Bei einer derartigen Untersuchungsmethode wird 60 nuierlicher Untersuchung etwa von bandförmigen die Tatsache ausgenutzt, daß die Wärmeleitfähigkeit Materialien mit einer höheren Vorschubgeschwindigeines Werkstücks grundsätzlich eine Funktion des keit zu arbeiten. Da ferner lediglich die Amplituden Materials ist, jedoch auch stark von Veränderungen der beiden Signale von den auf verschiedene Wellenbestimmter Werkstückeigenschaften, beispielsweise längen ansprechenden Strahlungsempfänger, nicht der Porosität, durch Hohlräume, Einschlüsse, durch 65 aber zwei verschiedene Modulationen oder Phasendie Art der Konstruktur, durch die Werkstückdicke verschiebungen verglichen zu werden brauchen, ergeusw. beeinflußt wird. Mit der Änderung der Wärme- ben sich eine einfachere Auswertschaltung und eine leitfähigkeit ändert sich auch die Oberflächentempe- weitere Steigerung der Genauigkeit.