DE1573578A1 - Vorrichtung zur Pruefung schmaler Bleche mittels Ultraschall - Google Patents

Description

. EUGEN MAIER -

PATENTANWÄLTE STUTTQART

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23· Deseeber 19*>5

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IHSTITUT IiB HECHERCHEf. UB IA PIDEEÜRÖIE IRAHCAIPE *185, rue Präsident Rooserelt, SAINT GBRMUH-en-IAYE

(Feine-et-Oiat), Franoe

Vorrichtung zur Prüfung schmaler Bleche Mittels Ultraschall.

Die Verwendung Lamb·scher Wellen zur feststellung von Fehlern in dürnen Blechen macht die Verwendung eines Wandlers notwendig, bei welchen die piezoelektrische Oberfläche einen bestimmten Winkel mit der Ebene des zu untersuchenden v'erkstüokee bildet. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art verwendet man einen Kunstetoffkörper meist in Gestalt eines

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"Keil" bezeichneten dreieeitigen Prisnaβ, das dae Bindringen eines von einem Wandler ausgesandten Ultrasohallstrah=· les unter eines vorbestimmten Winkel in den Prüfling erlaubt und das die Breohung dee akustischen Strahlungewiderstandes auf ein Minium herabsetzt»

Dieser Keil ist mit einer seiner Seitenflächen auf die Oberfläche des Wandlers aufgeklebt» während seine Basis« fläche auf der Oberfläche des Prüflings gleitet. Sie Verwendung eines solchen K__eilea verursacht jedoch Störungen_B die auf Reflexionen zurückzuführen sind, die αich an den Händern des Körpers ausbilden.» Bei einem gegebenen öffnungswinkel des von dem Wandler ausgehenden Ultraschall-Strahles enthalten diese Stör-Reflexionen ebenfalls einen wirksamen Strahl» doho einen Strahl, der eine eine geringe Zahl von EeflexIonen aufweisende Welle hervorruft„ Da die Abmessungen des Keiles inner sehr klein sind, so ist die Dämpfung proportional der Zahl der Reflexionen, die der betreffende Strahl erleidet, ehe er auf den piezoelektrischen Kristall auftriffto Die Länge des von dem Strahl durchlaufenen Weges wirkt sich auf diese Däafung nur in ge« ringen Ma3e aus. Da die Zahl der wöglichlichen Hin- und Her«

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29. Deaember 1965

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wege gewlesex-mafien unbegrenat let, kann Mn davon ausgebest AaS der kUrseetaögliohe Vag bei ainar Reflexion ua 1βο° «a einer Begrensung daa Keiles gleloh der doppelten Line· dee Kelle· 1st«

Vena dae der Prüfung unterworfene Blech eine grofie Länge aufweist, kann man die gestörte Zone, die die τοη dea Keil !»•legte sogenannte tote Sone und die*Sone· in der eich 8tureoho8 auebilden· umfaßt, ala Yernaohläseigbar klein ansehen· so dal dae YerhJUt&le Ea der wirkaaa geprüften Lunge su der lunge der gestörten Sone groB lot. Ia falle der PrUfung elnee aohaalen Bandes liegen jedoch andere Terhtltnieee tot und die Verwendung elnee Keilea in Gestalt elnee dreiseitigen Prismas würde nur eehr kleine Verte für Es, in gewissen Villen sogar nur den Wert 1 ergeben. BIe gestörte Sone bedeckt in diesem falle praktisch die ganse au prüfende Oberfläche und die auf einem Oaslllo* gramm erseheinenden Signale kennen daher sur Feststellung ▼on fehle teil en des Prüflings nicht rerwendet werden, da man nicht weiß, ob die eloh abzeichnenden 81gnale τοη 8tb*r~ echoe oder von fehlerstellen in dem Prüfling herrühren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe au Grande, dieee lachteile su Teraeiden und den Wert der im Vorstehenden definier«

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ten Verhältniegröße Re bei Ultraschallprüfung eohmaler Körper EU vergrößern.

Die Erfindung geht «u diesen Zweck τοη einer Vorrichtung eur ÜltraeehallprUfung schmaler Gegenstände« vorzugsweise Bleche aus» die einen Ultraschall-Wandler sowie einen Kopplungekörper aufweist, dessen eine ebene Fläche auf den Prüfling aufliegt, und bei den der Wandler auf einer zweiten ebenen Fläche des Kopplungskörpers befestigt let, die nit der ersten Fläche einen Winkel bildet. Erfindungsgenäe wird ein einstttokiger und aus einen einheitlichen Material bestehender Kopplungskörper verwendet, der eine konvexe zylindrische Oberfläche aufweist» die der vorgenannten zweiten ebenen Fläche gegenüberliegt und tangential in die erstgenannt te Fläche übergeht, wobei der KrUnnungsnittelpunkt der zylindrischen Oberfläche in einen Abstand von der ersten Fläoh· liegt, der größer 1st als der Abstand, den jeder möglich· parallel eu der ersten Fläche ron den Wandler auegeeand- U Ultraeohalletrahl von dieser ersten Fläche aufweist, wobei der Kopplungskörper dariiberhlnaus mindestena eine konvex· «jlindrieoh· Fläche aufweist, die der ersten ebenen niob· gegenüberliegt.,

Die Vorrichtung weist vorteilhafterweise darüberhinaus noch

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eines oder aehrere der folgenden Merknale auf ι

Der Kopplungskörper setst sieh aus einen rechtwinkligen ' Quader, einen auf dleeen Quader aufgeeet*ten,mit seiner Hantifläche tangential sich an die Quaderseitenfläohen ahschließenden nalbjsylindriechen Körper sowie einen unterhalb des Quaders an diesen sich anschlieeenden Körper Susannen, der an seiner Unterseite durch die vorgenannte erste flächet durch die vorgenannte sweit· Fläche und die vorgenannte sylindrieche fläche begrenzt ist« wobei diese sylindrlsohe Fläche einerseits parallel in die vorgenannte erste Pläohe und andererseits in eine Seitenfläche des Quaders übergeht.

Unter dieser tangential in eine eben« Häohe übergehenden zylindrischen Fläche wird eine cyllndrisohe Fläche verstanden» die kontinuierlich in die übrigen Flächen des Körpers übergeht, so daß die angreneenden Flächen des Kopplungskurpers tangential in die sylindrieche feilfläohe des Körpers Übergehen»

Das Wesen der Erfindung besteht sonit darin» den Kopplungskörper eine solche Qestalt «u geben» daS die su Störeohos Anlaß gebenden Ultrasohallstrahlen in den Kopplungekörper

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eine groß· Zahl von Reflexionen erleiden* so da3 die duroh alle diese Reflexionen bewirkte Dämpfung ausreichend groß ist, so daß die aufgrund dieser Storechoe sich auf dem Oeslllogramm abzeichnenden Signale diejenigen Signale, die von einer Fehlstelle des Prüflinge ausgehen, nioht stören«. Man hat festgestellt, dafl diese Störeohos nicht von den sogenannten aktiven, auf den Prüfkörper auftreffenden Strahlenbündel ausgehen, da dieser die auf ihn auftreffenden Strahlen gewiasereaßen gänslich absorbiert» Es handelt sich vielmehr um Strahlen, die auf die übrigen Begrensungsflachen des Kopplungskörpers, also nicht auf die gegen den Prüfling anliegende Fläche des Kopplungskörpers auftreffen«,

Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus:

Venn ein Ultraschallstrahl an einer ebenen Fläche reflektiert wird, so wird hierdurch seine Streuung nioht beeinflußt und der Öffnungswinkel des Strahles bleibt derselbe» Venn jedoch die Reflexion an einer gekrümmten Oberfläche, beispielsweise an einer sylindrisohen oder sphärischen Oberfläche, erfolgt, so wird hierdurch eine umso größere Streuung des Strahles hervorgerufen, je kleiner der Krüm~ ■ungsradius dieser Fläche ist» Der Krümmungsradius muß da-

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her eine beetiaate Mindestgröße aufweisen« ua ein la vesent-Hohen paralleles Btrahlbündel auf die Baelsfläohe des Kopp·* lungekurpers auftreffen «u lassen.

Da»u ist ea. notwendig» dal die dea Wandler gegenüberliegende fliehe dea KopplungskOrpere gekrUaat ist und der Krüaoungsaittelpunkt oberhalb der Oeaaathelt der roa Wandler ausgehenden, parallel au der Baelsfläohe verlaufenden Strahlen liegt, ti 1st deeweiteren notwendig, dal die Oberfläche des KopplungakOrpera an den von den Strahlen beaufschlagten Stellen keinerlei Diskontinuität aufweist. Man aul also Streukanten veraeiden und fttr einen tangentlellen übergang -der ersten fläohe dee KopplungakSrpers in die gekrüaate· der swelten fläohe gegenüberliegende fläche 8orge tragen. Dies bedeutet aber,, daß die gekruaate fläohe notwendiger» weise eine sjlindriaohe Krüaaung aufweist. Wenn sich aa tibergang der ersten fläohe in die sylindrieohe fläohe eine Kante befindet, so wird ein Teil dea auf die Kante auf treffenden Strahlenbündele auf das pieioelektrlsohe Bleaent aurüokgevorfen· Bei der erfindungageaäSen Torrichtung erfolgt kein Auftreffan der Btrahl^bündel auf die gegen den Prüfling anliegende fläohe des KopplungekOrpers, so dal diese Strahlen und insbesondere auoh die parallel su der

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Oberfläche dee Prüflinge verlaufenden Strahlen» die zur Bildung Ton Störeohoe AnIaS geben könnten, in den oberen Bereich dee Kopplungskurpers abgelenkt werden« wo sie eine große Zahl von Reflexionen erfahren.

Xn einer bevorzugten AuefUhrungsform besteht der Kopplungekörper aus einem rechteckigen quaderfuraigen Teil mit einem darüberllegenden halbtsylindrischen Teil. In diesen beiden Teilen erfahren die Strahlenbündel eine große Zahl von Re* flexionen entweder an den beiden senkrechten Flächen des quadβrföraigen Teiles oder an 4er zylindrischen Wandflache, aa der sie alt größerem Öffnungewinkel auch eine größere Ablenkung erfahren.

In fig. 1 1st in sohematlscher Weise ein AusfUhrungebeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt»

Pig. 2 selgt die Abbildung eines Oszillogrammes, wie es mit einer Torrichtung nach Figo 1 erhalten wurde.

Der EopplungekOrper 1 besteht vorzugsweise aus Methylmeth- *.orjl«t, da· eine hohe Ultraschallgeecwindlgkeit aufweist. An «in*r g*n«lgt«n Fläche 2 dea Kopplungekörpers ist ein ■ Ultraschall-Wandler 3 befestigt, der über die Leitungen 4

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und 4a ait eines nioht dargestellten elektrischen lepulsgeber verbunden ist· Bine Teilfläch« 5 dee Körpers, die der fläche 2 gegenüberliegt, iet die Mantelfläche eines Viertels« cylinders· die tangential in die Fläche 6 übergeht· Der . * KruBBungeMittelpunkt A der fläohe 5 liegt ein wenig oberhalb des Weges« den ein a* weitesten von der Fläohe 6 entfernter» vo« Wandler 3 ausgesandter und parallel su der fläohe 6 verlaufender Strahl 7 ninat* Der obere Teil dee Körpers. 1 wird durch einen Halbssylinder 8 gebildet« der sich an den rechteckigen quaderfQraigen Seil 9 anschließt, wobei die Begrensungsflächen tangential ineinander tibergehen·

Der Kopplungsk8rper liegt auf eine« sich bewegenden Band 1o von einer Breite von etwa 15o na auf. Auf die Wiedergabe der elektrischen Seile und der Schaltelemente der Vorrichtung wurde in Pig» 1 verslohtet.

Aus den in flgo 2 abgebildeten Qssillograa« ist ersiohtlloh« daß seitlich der durch die ausgestrahlten Impulse verursachten Signale keine Veben~Reflexion das Ossillogra«« etrt. Der nütsliohe Bereich» in welche« eine UltrasohallprUfung noch. «Bglioh 1st, erstreckt sioh über die Basiafläohe des erfindungege«äBen KBrpers. Das fuhrt su einen Wert fttr die VerhältnisgrOee Rs sti Io bei eine« KopplungskSrper «it einer

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Basislänge τοη 3o mi bei der Untersuchung eines Bleohatreifene von 15o aa Breite· Diese gestörte Zone erstreckt sieh BOKLt nur über etwa 15 an· Kit einea "Xeil%wie er bislang benutst wurde» hätte die gestörte Zone bei derselben Bit oh-· breite τοη 15o m ungefähr 6o m betragen» was elnea Wert für Re ton 2,5 anstelle von 1o entsprioht·

Hieraus ergibt eioh der besondere Torteil der Anwendung des erfindungsgeaäSen Verfahrens für die Ultraeohall-Prüfung τοη Streifen» deren Breite etwa 6o an nicht überschreitet»

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Claims (2)

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   Ansprüche

   Ί/ Yorrlohtung sur Prüfung ron Körpern geringer Breite« ine» besondere von Blechstreifen« slttels Ultraschall· die •Inen Ultrseohall-Vandler und einen Kopplungskurper aufweist« der eine sur Anlage an einen Prüfkörper beetisste ebene Baelsflaohe sowie eine alt dieser Baaisfl&ohe einen Winkel bildende Pllohe aufweist« an der der Wandler befestigt 1st» dadurch gekenseiohnet« dal dar Kopplungskörper aus eines elnetUoklgen und aus einheitliches Werkstoff bestehenden Bloek besteht, der auf der der vorgenannten «weiten Fl&ohe (?) gegenüberliegenden Seite eine konvex-aylindrlsohe Begrensungsfläohe (5) aufweist« die tangential in die Baaiaflftehe (6) tteergeat, wobei der IrCbaBungeaittelpunkt (A) der «ylindri-Bohen Begrensxugsfltoh· (5) in eines Abstand von der Baelefliche (6) liegt» der größer ist als der von dieser Ba-•lefliehe gesessene Abstand eines jeden Ultrasehallstrah-Im (7)» der In au der Basisflftebe (6) paralleler Richtung vo· des Wandler (3) amagesandt wird« wobei der KoppluftgskOrper slndeeWms eine der Basisflftoae (6) gegenüberliegende konvez-ayllndrisohe Begrensungsflttohe aufweist.

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2. 2. Vorrichtung naoh Anspruch 1» dadurch gekenntseiohnet » daß dar einntückige Kopplungekttrper eioh aus eines rechtwinkligen Quader (9)ι einer oberhalb dieeee Quaiere liegenden Zylinderhälfte (8), deren Mantelfläche tangential in die Seitenflächen dee Qua» dere Übergehtι und einem unterhalb des Quaders (9) liegenden Heil susaeaensetstf der durch die Basisfl&ohe (6) dee Kopplungekurperst auf der einen Seite durch die den Vandler (3) tragende Fläche (2) und auf der gegenüberliegenden Seite durch die aylindrisoh» Fläche (5) begrenzt ist, wobei dieae letste Pittehe tangential einerseits in die Baeieflttobt (6) und andereraeite in die Seitenflach· dee Quadera (9) Übergeht«

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   BAD ORfGtNAi