DE1573584C

DE1573584C -

Info

Publication number: DE1573584C
Authority: DE
Inventors: Raymond Anthony Hinsdale; Plofsky Erwin Joseph; Solecki Edward Arthur; Chicago; 111. Cellitti (V.StA.)
Original assignee: International Harvester Co., Chicago, 111. (V.StA.)
Publication date: 1972-08-10

Description

. - Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der durchschnittlichen Verteilung von nichtmetallischen Fremdkörper-Einschlüssen in homogenem Metall bei der Werkstoffprüfung mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren unter Verwendung einer Mehrzahl von mit der Werkstück-Oberfläche in stationärem Kontakt stehenden Wandlern, die Echoimpulse aus den sie erfassenden Volumenelementen der Werkstoff-Probe mit zeitlicher Verzögerung nacheinander erhalten und diese in analoge Stromimpulse umwandeln, welche über einen durch ,einen Impülsfolgegeber gesteuerten elektronischen Schalter · nacheinander dem Eingang eines Impulsverstärkers zugeführt werden, dem sich eine Filteranordnung anschließt. . .. - The invention relates to a device for detecting the average distribution of non-metallic inclusions of foreign bodies in homogeneous metal when testing materials Ultrasound by the pulse-echo method using a plurality of with the workpiece surface transducers in stationary contact, the echo pulses from the transducers that detect them Receive volume elements of the material sample one after the other with a time delay and convert them into convert analog current pulses which, via an electronic switch controlled by a pulse follower, are successively connected to the input of a Pulse amplifier are supplied, which is followed by a filter arrangement. . .

Bekannt ist nach der USA.-Patentschrift 2 932 189 die Verwendung von mehreren mit der Werkstück-Oberfläche in stationärem Kontakt stehenden, auf Ultraschallfrequenz ansprechende Wandler, die Echoimpulse aus der Werkstoff-Probe nach Reflektion an nichtmetallischen Einschlüssen mit zeitlicher Verzögerung nacheinander erhalten und diese in analoge Stromimpulse umwandeln, welche über einen durch einen Impulsfolgegeber gesteuerten elektronischen Schalter nacheinander dem Eingang eines Impuls-Verstärkers zugeführt werden, dem sich eine Filteranordnung anschließt. Das Ultraschall-Signal wird bei dieser bekannten Werkstoffprüfung an der Stirnseite oder an der Schmalseite des Werkstückes einge^ geben und pflanzt sich innerhalb der Fläche des Werkstückes fort, so daß die mit der Oberfläche des Werkstückes in Kontakt stehenden Wandler Echosignale in Richtung und mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der stirnseitig eingegebenen Ultraschallwelle erhalten.According to US Pat. No. 2,932,189, it is known to use several with the workpiece surface transducers that are in stationary contact and respond to the ultrasonic frequency, transmit the echo pulses from the material sample after reflection receive non-metallic inclusions with a time delay one after the other and transform them into analog Convert current impulses, which are controlled by an electronic Switches are fed one after the other to the input of a pulse amplifier, which is a filter arrangement connects. In this known material test, the ultrasonic signal is on the front side or on the narrow side of the workpiece and is planted within the area of the Workpiece away, so that the transducers in contact with the surface of the workpiece echo signals in the direction and with the propagation speed received the ultrasonic wave input at the front.

Diese bekannte Vorrichtung läßt lediglich' das Vorhandensein von nichtmetallischen Fremdkörper-Einschlüssen und auch eine gewisse Lokalisierung dieser Einschlüsse erkennen, nicht jedoch kann hiermit festgestellt werden, in welchem Tiefenbereich sich derartige Einschlüsse innerhalb der Probe befinden.This known device only allows the presence of non-metallic foreign body inclusions and also recognize a certain localization of these inclusions, but not with this the depth range at which such inclusions are located within the sample can be determined.

Es sind auch nach der USA.-Patentschrift 2 969 671 Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten und Fehlstellen innerhalb einer Werkstoff-Probe und zu deren Aufzeichnung auf Oszillographen-Schirmbildern und Bandschreibern bekannt, wobei ein einziger als Schallsender-' und Empfänger dienender Wandler zeilenweise die Werkstück-Oberfläche abtastet und die auf Reflexionen in unterschiedlichen Tiefenbereichen zurückzuführenden Echoimpulse gleichzeitig mehreren selektiv eingestellten Torkreisen zuführt, deren Ansprechzeit durch Verzögerungskreise regelbar ist und deren 'Ausgangssignale jeweils einem zugeordneten Amplituden-Diskriminator zugeführt werden, der das vom jeweiligen Vorkreis gelieferte Impulsspektrum nach der Amplitudenyerteilung auflöst. Jeder Torkreis läßt sich durch einen Kommutator-Schalter einzeln hinsichtlich der erhaltenen Amplitudenverteilung abfragen, wobei die einzelnen jedem Torkreis zuzuordnenden Amplitudenwerte in Form einer topologischen Abbildung durch Schreibstifte auf dem Bandschreiber markiert werden.It is also according to U.S. Patent 2,969,671 Method and device for the detection of irregularities and imperfections within a Material sample and to record it on oscilloscope screens and chart recorders known, with a single transducer serving as a sound transmitter and receiver line by line The workpiece surface is scanned and that can be traced back to reflections in different depth ranges Echo pulses are fed to several selectively set gate circuits at the same time, their response time can be regulated by delay circuits and their 'output signals each have an associated amplitude discriminator which is based on the pulse spectrum supplied by the respective pre-circuit the amplitude division resolves. Every gate circle leaves by means of a commutator switch individually with regard to the amplitude distribution obtained query, the individual amplitude values to be assigned to each gate circle in the form of a topological Figure can be marked by pens on the tape recorder.

Dieses bekannte Abtast- und Aufzeichnungsverfahren gibt zwar ein genaues Bild der lokalen Verteilung von Einschlüssen innerhalb eines bestimmten Tiefenbereiches der Werkstoff-Probe wieder, erfordert aber einen erheblichen Aufwand bei der Auswertung der topologischen Aufzeichnung, um sich von der räumlichen Verteilung der Einschlüsse innerhalb mehrerer Tiefenbereiche ein Bild machen zu können. Das nach dieser Patentschrift bekannte Verfahren genügt den Anforderungen, um durch zeilenweises Abtasten einer Ultraschallsonde das Vorhandensein, von Fehlstellen und nichtmetallischen Fremdkörper-Einschlüssen an sich feststellen zu -können. Das motorgesteuerte Abtasten einer einzigen Ultraschallsonde bedingt darüber hinaus einen hohen Zeitaufwand zur Prüfung eines einzigen Werkstückes. Die auf Band aufgezeichneten Analysenergebnisse erlauben schließlich keinen übersichtlichen Vergleich in bezug auf Standard-Werkstücke mit genormten physikalischen Eigenschaften, die den Anforderungen innerhalb einer bestimmten Güteklasse gerecht werden.This known scanning and recording method gives an accurate picture of the local distribution of inclusions within a certain depth range of the material sample but a considerable effort in evaluating the topological record in order to distinguish itself from the spatial distribution of the inclusions within several depth areas to be able to take a picture. The method known from this patent specification satisfies the requirements in order to by line by line Scanning an ultrasound probe for the presence of defects and non-metallic foreign body inclusions to be able to determine in oneself. Motorized scanning of a single ultrasound probe In addition, it takes a long time to test a single workpiece. The on Analysis results recorded on a tape do not allow a clear comparison in relation to on standard workpieces with standardized physical properties that meet the requirements within meet a certain quality class.

Bei diesem bekannten Abtast- und Aufzeichnungsverfahren kann auch eine Mehrzahl von Wandlern Verwendung finden, jedoch hat dies eine Vervielfachung der an die Wandler angeschlossenen elektronischen Bauelemente zur Folge.In this known scanning and recording method, a plurality of transducers Find use, however, this has a multiplication of the electronic connected to the converters Components result.

Aus der britischen Patentschrift 736 464 ist es weiterhin bekannt, bei der Verwendung von mehreren Sende- und Empfangswandlern die von einem Impulsfolgegeber getriggerten Hochfrequenzimpulse nacheinander den einzelnen Sendewandlern zuzpführen und die Abfrageschaltungen, die den einzelnen Sendewandlern zugeordneten Empfangswandlern nachgeschaltet sind, jeweils, nur für die Zeit zu öffnen, in der die Empfangssignale von jeweils einem ganz bestimmten, durch den Impülsfolgegeber gerade beaufschlagten Sendewandlern herrühren.From British patent specification 736 464 it is also known to use several Transmit and receive transducers the high-frequency pulses triggered by a pulse trainer one after the other to the individual transmitter transducers and the interrogation circuits that the individual Transmitting transducers assigned to receiving transducers are connected downstream, each to be opened only for the time in which the received signals from a very specific one, through the pulse follower acted upon transmit transducers originate.

Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 3 033 029 eine Amplituden-Begrenzerstufe bekannt, weiche eine auf Reflexionen in· unterschiedlicher Werkstücktiefe zurückzuführende Amplituden-Verteilung so kompensiert, daß die Amplitude allein von der Größe der Fremdkörper-Einschlüsse abhängt. Unberücksichtigt bleibt hierbei jedoch die Amplituden-Verteilung, die auf Verluste beim Durchgang der Probe nach Reflexionen in unterschiedlicher Tiefe zurückzuführen ist. Furthermore, from the USA patent specification 3,033,029 an amplitude limiter stage is known, soft one the amplitude distribution due to reflections at different workpiece depths is compensated in such a way that that the amplitude depends solely on the size of the foreign body inclusions. Disregarded In this case, however, the amplitude distribution remains, which is based on losses during the passage of the sample Reflections at different depths is due.

Bekannt ist nach der USA.-Patentschrift 2 984 098, bei einer Vorrichtung zur Ermittlung der durchschnittlichen Verteilung von Fremdkörper-Einschlüssen in einem sonst homogenen Material bei der Werkstoffprüfung mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren einen für die Probe charakteristischen Mittelwert aus der Größe der die Fremdkörper-Einschlüsse wiedergebenden Signale zu bilden. Durch die Mittelwertbildung in einem Integrator werden hierbei jedoch Haufenbildungen νοη_λ kleinen für die Festigkeitseigenschaften eines metallischen Werkstückes unbedeutende Einschlüsse mit berücksichtigt.According to US Pat. No. 2,984,098, a device for determining the average distribution of foreign body inclusions in an otherwise homogeneous material during material testing with ultrasound using the pulse-echo method is a mean value characteristic of the sample from the size of the Form signals reproducing foreign body inclusions. By calculating the mean value in an integrator, however, cluster formations νοη _λ small inclusions that are insignificant for the strength properties of a metallic workpiece are also taken into account.

Schließlich ist es aus der deutschen Patentschrift 901 599 bekannt, den ordnungsgemäßen Verlauf von Arbeitsprozessen, beispielsweise eines Klassifizirungsprozesses, nach Maßgabe eines Musterprozesses zu überwachen, wozu die gewonnenen Meßgrößen integriert und am Ende jeder Meßperiode mit der entsprechenden Größe des Musterprozesses verglichen werden.Finally, it is known from German patent specification 901 599, the proper course of Work processes, for example a classification process, based on a sample process to monitor, for which purpose the measured variables obtained are integrated and at the end of each measurement period with the corresponding size of the sample process can be compared.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Werkstoffprüfung mit Ultraschall nach dem Impulsechoverfahren unter Verwendung einer Empfängerschaltung der eingangs genannten Bauart eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Erfassung der durchschnittlichen Verteilung von nichtmetallischenThe object of the invention is to test materials using ultrasound using the pulse echo method a device using a receiver circuit of the type mentioned at the beginning to create a record of the average distribution of non-metallic

' ■ 3 . '■ 4 '. · ■'■ 3. '■ 4'. · ■

Fremdkörpereinschlüssen in homogenem Metall Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anForeign body inclusions in homogeneous metal. One embodiment of the invention is on

dahingehend ermöglicht, daß die untersuchten Werk- Hand der Zeichnung dargestellt und anschließend imto the effect that the examined work-hand of the drawing is shown and then in

stückproberi hinsichtlich eines aus der Signalgröße einzelnen beschrieben. ........ . .Stückproberi described in terms of an individual from the signal size. ......... .

der nichtmetallischen Einschlüsse gewonnenen In der Zeichnung zeigt . · .of the non-metallic inclusions obtained in the drawing shows. ·.

charakteristischen Werts der Probe in Beziehung ge- 5 Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zurcharacteristic value of the sample in relation to the 5 Fig. 1 is a block diagram of a device for

bracht werden zu dem entsprechenden Sollwert eines zerstörungsfreien Prüfung mittels Ultraschall, ,; ._■are brought to the corresponding setpoint of a non-destructive testing using ultrasound,,; ._ ■

vorgeprüften und zugelassenen Werkstückes einer be- _ Fig. 2 in einem Blockschaltbild weitere Einzel-pre-tested and approved workpiece of a specified _ Fig. 2 in a block diagram further individual

stimmteniGüteklasse. ■ .-.. ......-,· heiten der Schaltung und der Anordnung der Bau»were in quality class. ■ .- .. ......-, · units of the circuit and the arrangement of the construction »

. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch elemente nachFig. 1. ;-..-. ....;- ..;-·. ,.;■·..'. .. This object is achieved according to the invention elements nachFig. 1. ;-..-. ....; - ..; - ·. ,.; ■ · .. '. .

gelöst, daß die Wandler als gemeinsame Sende- und io Fig. 1 läßt in vereinfachender Weise die Prüfung Empfangswandler ausgebildet und mit den Ausgängen einer Materialprobe S aus Stahl, Aluminium oder, eines elektronischen Schalters einer Schaltstufe ver- anderem reinen Metall erkennen, auf. der eine aus bunden sind, welcher synchron zu den Abfrage- mehreren Ultraschallwandlern zusammengesetzte schaltungen-des vom Impulsfolgegeber gesteuerten Batterie' 10 angeordnet ist. Ein Hochfrequenzelektronischen Schalters vom Impulsfolgegeber ge- 15 generator 11 versorgt die Wandler über einen Schalttriggerte Hoclifrequenzimpulse nacheinander an die kreis 12 periodisch mit Hochf requenzimpulsen,. die Wandler schaltet, und daß die den Echoimpulsen ent- von den Wandlern in Form von Ultraschallimpulsen sprechenden, in einer Eingangsstufe verstärkten abgestrahlt werden. .Zwischen den Schallköpfen der Stromimpulse an den Eingang .einer Amplituden- Wandler und der Oberfläche der Werkstoffprobe be-. begrenzerstufe und an den Eingang eines eine Mehr- so findet sich eine geeignete Koppelflüssigkeit 15, die zahl von an sich bekannten Tor- und Speicherkreisen für die Ultraschallimpulse" eine hohe Leitfähigkeit-beaufweisenderi Sperrkreises geschaltet sind, von denen sitzen soll. _; .,■■·· ; ■ >.
die Amplitudenbegrenzerstufe eine auf Reflexionen Die von den an den Grenzflächen Koppelflüssig-. in unterschiedlicher Werkstückstiefe zurückzufüh- keit/Werkstoffoberflache sowie an. den in der Probe rende Amplitudenverteilung, kompensiert und. von 25 vorhandenen Nichtmetallen reflektierten Echoimpulse denen die Eingänge jedes Tor-und Speicherkreises sprechen nach, erneutem Durchgang durch die in jeder Abfragestellung des elektronischen Schalters Koppelflüssigkeit die gleichzeitig als Empfänger wirgleichzeitig beaufschlagt werden, deren mit in an .sich : kenden Wandler der Batterie 10 an und werden nach bekannterWeise durch Reflexion in unterschiedlichen entsprechender Umwandlung über die Schaltkreise .12 Tiefenbereichen entsprechenden verzögerten Impul- 30 Empfangskreisen 13 zugeführt. Von dort gelangen sie sen beaufschlagte Ausgänge jedoch in zeitlicher zu Sperrkreisen 14, um anschließend durch eine Reihenfolge nacheinander durch einen vom Impuls- zweite Gruppe von Schaltkreisen 16 einem Ausgangsfolgegeber über eine Verzögerungsstufe verzögert ge- kreis 17'zugeführt zu werden. :. , . .:: .
steuerten elektronischen Schalter an einen Ausgangs- Die Amplitude des dem Echosignal entsprecherikreis geschaltet werden, welcher in einem Integrator 35 den umgewandelten Impulses ist ein Maß für die einen für die Probe charakteristischen Mittelwert aus Größe der vorhandenen nichtmetallischen Fremdden die Größe der - nichtmetallischen Einschlüsse elemente innerhalb der Werkstoffprobe.. Die zeitliche wiedergebenden Signalen bildet, und welcher einen Verzögerung, mit der die Echosignale bezüglich eines Differenzverstärker aufweist, der das Mittelwertsignal Auslösezeitpunktes zurückkehren, ist wiederum ein des Integrators mit einem durch einen Signalgeber 40 Maß für die Tiefe der nichtmetallischen Einschlüsse geliefertes Bezugssignal vergleicht. .- innerhalb der Werkstoffprobe. Beide Größen werdensolved that the converter as a common transmission and io Fig. 1 can be designed in a simplified manner, the test receiving transducer and recognize with the outputs of a material sample S made of steel, aluminum or, an electronic switch of a switching stage, other pure metal, on. one of which is linked, which is arranged synchronously with the interrogation - multiple ultrasonic transducers composed circuits - of the battery controlled by the pulse trainer. A high-frequency electronic switch from the pulse follower generator 11 supplies the converter with high-frequency pulses one after the other via a switching-triggered high-frequency pulse to the circuit 12 periodically. the transducer switches, and that the echo pulses speaking from the transducers in the form of ultrasonic pulses and amplified in an input stage are emitted. .Between the transducers of the current impulses at the input .an amplitude converter and the surface of the material sample. Limiter stage and at the input of a multiple so there is a suitable coupling fluid 15, the number of gate and storage circuits known per se for the ultrasonic pulses "a high conductivity-indicating barrier circuit are connected, of which should sit. _; ., ■■ ··; ■>.
the amplitude limiter stage one on reflections from the coupling fluid at the interfaces. in different workpiece depths / material surface as well as to. the amplitude distribution rende in the sample, compensated and. echo pulses reflected by 25 existing non-metals, which the inputs of each gate and storage circuit speak after, renewed passage through the coupling fluid in each query position of the electronic switch, which is simultaneously acted upon as a receiver, whose in .sich: kenden converter of the battery 10 and are fed in a known manner by reflection in different corresponding conversion via the circuits .12 depth regions to corresponding delayed pulse reception circuits 13. From there, however, they reach the activated outputs in a timed manner to blocking circuits 14, in order then to be fed to an output follower via a delay stage in a sequence one after the other by one of the pulse-second group of circuits 16 to an output follower via a delay stage. :. ,. . ::.
controlled electronic switch to an output The amplitude of the echo signal corresponding circuit can be switched, which in an integrator 35 the converted pulse is a measure of the mean value characteristic of the sample from the size of the existing non-metallic foreign elements the size of the - non-metallic inclusions elements within the Material sample .. The temporal reproducing signals forms, and which has a delay with which the echo signals with respect to a differential amplifier, which return the mean value signal trigger time, is in turn a comparison of the integrator with a reference signal supplied by a signal generator 40 for the depth of the non-metallic inclusions . .- within the material sample. Both sizes will

Durch die an sich bekannte gemeinsame Verwen- im wesentlichen in den dem Empfangskreis 13 näch-Due to the common use, which is known per se, essentially in the

dung eines Wandlers zu Sende- und Empfangs- folgenden Stufen erkannt, gespeichert und ausgewer-a converter to transmit and receive subsequent stages recognized, stored and evaluated.

zwecken werden Abweichungen der reflektierten tet. Hierdurch erhält man ein Spektrum beispielsweisefor the purposes of this, deviations in the reflected tet. This gives you a spectrum, for example

Echosignale durch Brechüngserscheinungen der 45 der Größe der Einschlüsse über einen bestimmtenEcho signals through refraction phenomena of 45 the size of the inclusions over a certain

Ultraschallwellen in der Werkstoffprobe vermieden. Tiefenbereich innerhalb der Werkstoffprobe.. FürUltrasonic waves avoided in the material sample. Depth range within the material sample .. For

Durch die Verwendung von gekoppelten impuls- jeden Tiefenbereich sind die Sperrkreise 14 selektiv gesteuerten elektronischen Schaltern zur Anregung voreinstellbar, so daß man diskrete Signale "unter- und Abfragung jeweils eines einzigen Wandlers inner- schiedlicher Amplitude erhält. - - ^: _: ^:- ^P-"^:-C halb einer Wandlerbatterie wird erreicht, daß nur ein 50 Die im Sperrkreis 14 gespeicherten Signale werden begrenztes Volumenelement der Werkstückprobe entsprechend der Einwirkung der nachgeschalteten durchschallt und Reflexionen innerhalb dieses Gruppe von Schaltkreisen 16 abgerufen: Hierbei wirkt Volumenelementes erfaßt werden. Nachdem auch der der Ausgangskreis 17 als Auswertevörrichtung,■·" die den längsten Weg zurücklegende Echoimpuls emp- eine ihm eingespeicherte Impulsfolge zu Zwecken der fangen worden ist, setzt sich nach einer zweckmäßiger 55 Mittelwertbildung zahlenmäßig aufschlüsselt und zu weise konstanten Verweilzeit der elektronischen voreingestellten Bezugsgrößen in Beziehung setzt.
Schalter innerhalb einer solchen Schaltstellung der Nach F i g. 2, welche die Grundschaltung in Eirizel-Schaltzyklus fort, um das benachbarte Volumen- heiten besser erkennen läßt, enthält der als Impulselement zu erfassen, geber wirkende Generator 11 einen Hochfrequenz-By the use of pulse-coupled each depth range, the blocking circuits 14 are selectively controlled electronic switches can be preset for the excitation, so that discrete signals "below and detection each receives a single transducer within schiedlicher amplitude - ^{_^-:.::} - ^ P- " ^: -C half of a converter battery achieves that only one 50 The signals stored in the trap circuit 14 are sounded through a limited volume element of the workpiece sample according to the action of the downstream and reflections within this group of circuits 16 are retrieved: Here acts volume element are detected. After the output circuit 17 as an evaluation device, the echo pulse covering the longest path has also received a pulse sequence stored in it for the purpose of catching it, after an expedient averaging, it is broken down numerically and, if necessary, into a constant dwell time of the electronic preset reference values Relationship sets.
Switch within such a switch position according to FIG. 2, which continues the basic circuit in Eirizel switching cycle in order to better recognize the neighboring volume units, the generator 11 acting as a pulse element contains a high-frequency generator

Die Anwendung eines Integrators in Verbindung 60 Oszillator 21, dessen Impulszeitfolge durch einen mit einem Differenzverstärker erlaubt die Reduzie- Impulsfolgegeber 22 über eine Verzögerungsstufe 23 rung aller gespeicherten Meßwerte aut einen für die gesteuert wird. Dieser Hochfrequenzoszillator Probe charakteristischen Mittelwert, dessen Ab- schwingt beispielsweise mit einer Frequenz von weichung von einem aus Standardmessungen gewon- 5 MHz, wozu ein an sich bekanntes Thyratron Vernenen Bezugswert als Maß für das Einordnen, Sor- 65 wendung findet. Die Impulsdauer der Hochfrequenztieren oder Kennzeichnen der Probe innerhalb einer impulse wird durch den Impulsfolgegeber auf etwa bestimmten Güteklasse oder unter einer bestimmten 2 bis 3. Mikrosekunden gesteuert. 250 bis 2500 Strom-DIN-Norm verwendbar ist. stoße des Hochfrequenzoszülators sind pro SekundeThe use of an integrator in compound 60 oscillator 21, whose pulse time sequence tion by having a differential amplifier which allows Reduzie- pulse train generator 22 via a delay stage 23 aut all stored measurement values a is controlled for. This high-frequency oscillator sample has a characteristic mean value whose decay, for example, with a frequency deviating from one obtained from standard measurements 5 MHz, for which a known thyratron Vernenen reference value is used as a measure for classification. The pulse duration of the high-frequency animals or the identification of the sample within a pulse is controlled by the pulse trainer to approximately a certain quality class or under a certain 2 to 3 microseconds. 250 to 2500 current DIN standard can be used. bursts of the high frequency oscillator are per second

erforderlich, je nach Anzahl der verwendeten Wandler und der Sperrkreise. required, depending on the number of converters used and the trap circuits.

Die Ausgangsleitung des HochfrequenzoszillatorsThe output line of the high frequency oscillator

21 gelangt an den Eingang 24 α eines periodisch durch den Impulsfolgegeber 22 gesteuerten elektronischen Schalters 24 innerhalb des Schaltkreises 12. Die Ausgänge dieses Schalters 24 sind mit den jeweiligen Wandlern 26 verbunden. Darüber hinaus sind die Wandler 26 über eine zweite Gruppe elektronischer Schalter 27 innerhalb des Schaltkreises 12 mit dem Eingang des Empfangskreises 13 verbunden, wobei der Ausgang 27 α dieser Schalter synchron zum Eingang 24 α der Schalter 24 durch den Impulsfolgegeber21 arrives at the input 24 α of an electronic switch 24 within the circuit 12 that is periodically controlled by the pulse follower 22. The outputs of this switch 24 are connected to the respective converters 26. In addition, the transducers 26 are connected via a second group of electronic switches 27 within the circuit 12 to the input of the receiving circuit 13, the output 27 α of this switch being synchronized with the input 24 α of the switch 24 through the pulse follower

22 steuerbar ist. Durch diese Steuerung werden die Schalter 24 und 27 synchron mit der Impulsfolge im Hochfrequenzoszillator 21 getastet, so daß jedes Hochfrequenzsignal jeweils einem Wandler 26 zugeführt wird. Die Verzögerungsstufe 23 bewirkt hierbei eine vorbestimmte Zeitverzögerung der an die Schalter 24 und 27 gelangenden Impulse, um eine ausreichende Schaltzeit zur Verfügung zu haben.22 is controllable. By this control, the switches 24 and 27 are synchronized with the pulse train im High-frequency oscillator 21 keyed, so that each high-frequency signal is fed to a transducer 26 in each case will. The delay stage 23 causes a predetermined time delay to the Switches 24 and 27 received pulses in order to have sufficient switching time.

Der Eingang 24 α und der Ausgang 27 α der Schalter 24 und 27 bleiben mit dem jeweils beaufschlagten Wandler 26 so lange in Kontakt, bis auch der letzte zu erwartende Echoimpuls zurückgekehrt ist.The input 24 α and the output 27 α of the switches 24 and 27 remain in contact with the transducer 26 to which they are applied until the last expected echo pulse has also returned.

Die als piezoelektrische Wandler betriebenen, aus Lithium—Sulfat, Quarz, .Barium—Titanat, Blei— Zirkonat oder ähnlichen Zusammensetzungen bestehenden Elemente werden als Baugruppe in einer Ebene parallel zur Werkstoffoberfläche unter hierzu senkrechter Ausstrahlrichtung zusammengefaßt.The piezoelectric transducers, made of lithium sulfate, quartz, barium titanate, lead Elements consisting of zirconate or similar compositions are used as an assembly in a Plane parallel to the material surface combined with radiation direction perpendicular to this.

Die zwischen den Wandlern 26 und der Werkstoffoberfläche befindliche Koppelflüssigkeit 15 kann Wasser oder öl oder ein anderes geeignetes Medium sein. Die Anordnung der Wandler ist so getroffen, daß mindestens 85 °/o der Werkstoffoberfläche erfaßt werden kann. - ■The one between the transducers 26 and the material surface Coupling liquid 15 located can be water or oil or another suitable medium being. The transducers are arranged in such a way that at least 85% of the material surface is covered can be. - ■

Die in elektrische Stromimpulse in den Wandlern 26 umgewandelten Echoimpulse gelangen mit je nach Tiefenlage der die Reflexionen hervorrufenden Grenzflächen der nichtmetallischen Einschlüsse mehr oder weniger großer Amplitude in einen Eingangskreis 28 der Empfangskreise 13, in welchem das Signal verstärkt und hinsichtlich seiner Amplitude ausgewählt wird. In einer sich daran anschließenden Begrenzerstufe 29 der Empfangskreise 13 werden Signale, deren geringere Amplitude lediglich auf eine tiefere Lage der Einschlüsse zurückzuführen ist, kompensiert, d. h. es wird die aus unterschiedlichen Tiefen sich ergebende Amplitudenverteilung eliminiert, so daß als Information lediglich die Amplitudenverteilung innerhalb eines bestimmten Tiefenbereiches bestehen bleibt. Darüber hinaus besteht noch in dieser Phase als weiter zu verarbeitende Information das Zeitintervall zwischen Auslöseimpuls und Echoimpuls als Maß für die Tiefe der Einschlüsse. Der Eingangskreis 26 erzeugt daher Ausgangssignale, die der Größe der aufgefundenen Einschlüsse proportio-.nal sind.The echo pulses converted into electrical current pulses in the transducers 26 reach an input circuit 28 of the receiving circuits 13, in which the signal is amplified and selected with regard to its amplitude, depending on the depth of the interfaces of the non-metallic inclusions causing the reflections. In an adjoining limiter stage 29 of the receiving circuits 13, signals whose lower amplitude can only be attributed to a deeper position of the inclusions are compensated, that is, the amplitude distribution resulting from different depths is eliminated, so that the only information as information is the amplitude distribution within a certain The depth range remains. In addition, in this phase, the information to be processed further is the time interval between the trigger pulse and the echo pulse as a measure of the depth of the inclusions. The input circuit 26 therefore generates output signals which are proportional to the size of the inclusions found.

Die Empfängerkreise 13 sind mit Sperrkreisen 14 verbunden, welche fünf Tor- und Speicherkreise 31 enthalten, die auf Echoimpulse innerhalb fünf verschiedener aufeinanderfolgender Zeitintervalle, die fünf unterschiedlichen Tiefenbereichen zugeordnet sind, ansprechen. Innerhalb der jedem Tiefenbereich zugeordneten Ansprechzeit speichern diese Kreise 31 das jeweils mit größter Amplitude eingehende Signal.The receiver circuits 13 are connected to blocking circuits 14 which have five gate and storage circuits 31 included that respond to echo pulses within five different consecutive time intervals that are assigned to five different depth ranges. Within each depth range associated response time, these circles 31 store the signal that comes in with the greatest amplitude.

Hat z. B. die Werkstoffprobe eine Dicke von 5 cm, so ist beispielsweise der erste Tor- und Speicherkreis 31 auf Echoimpulse eingestellt, die in einem Tiefenbereich von 3 bis 4 cm der Probe reflektiert werden. Grundsätzlich müssen also immer so viele Tor- und Speicherkreise vorhanden sein, wie man Schichten in der Probe zu analysieren wünscht; ein hohes Auflösevermögen bedingt somit eine entsprechend hohe Anzahl dieser Kreise. : l· . ■ -. .^{i :} .Has z. For example, if the material sample has a thickness of 5 cm, the first gate and storage circuit 31 is set to echo pulses which are reflected in a depth range of 3 to 4 cm from the sample. In principle, there must always be as many gate and storage circuits as one wishes to analyze layers in the sample; a high resolution therefore requires a correspondingly high number of these circles. : l ·. ■ -. . ^i:.

Die Speicherkreise 31 enthalten vorzugsweise kapazitive Elemente zur Speicherung der Impulse.The storage circuits 31 preferably contain capacitive elements for storing the pulses.

Die in den Tor- und Speicherkreisen 31 gespeicherten Werte werden in einem bestimmten Zeitzyklus abgefragt. Hierzu dient ein in dem weiteren Schaltkreis 13 vorgesehener elektronischer Schalter 32, des- sen Eingänge mit jedem Tor-" und Speicherkreis 31 und dessen Ausgang 33 mit dem Ausgangskreis 17 in einer Schaltfolge in Verbindung gebracht werden, die vom Impulsfolgegeber 22 über eine Verzögerungsstufe 34 derart gesteuert wird, daß jedes Signal eines Kreises 31 einzeln und nacheinander abgefragt und entsprechend einzeln und nacheinander im Ausgangskreis 17 ausgewertet werden kann. Die Verzögerungsstufe 34 ist hierbei so abgestimmt, daß der elektronische Schalter 32 nicht auf den nächsten Kontakt weiterspringt, bevor nicht eine bestimmte Aufeinanderfolge von Probendaten eingespeichert ist bzw. bevor nicht ein einstellbares Mindestzeitintervall verstrichen ist, das sich aus der Zeitspanne ergibt, in der die Echoimpulse in den Kreisen 31 verstärkt und gespeichert sind.The values stored in the gate and memory circuits 31 are saved in a specific time cycle queried. An electronic switch 32 provided in the further circuit 13 is used for this purpose, sen inputs with each gate "and memory circuit 31 and its output 33 with the output circuit 17 in a switching sequence are brought into connection which is controlled by the pulse trainer 22 via a delay stage 34 such that each signal is one Circle 31 interrogated individually and one after the other and accordingly individually and one after the other in the output circle 17 can be evaluated. The delay stage 34 is tuned so that the electronic Switch 32 does not advance to the next contact until a certain sequence of sample data is stored or before an adjustable minimum time interval has elapsed is, which results from the time span in which the echo pulses in the circles 31 are amplified and stored are.

Die nacheinander abgerufenen Ausgangssignale der Sperrkreise 14, welche also der Größe und der Tiefe der Fremdkörpereinschlüsse analog sind, werden einzeln dem Ausgangskreis 17 eingegeben, der die Ergebnisse der Probenanalyse berechnet, so daß eine vergleichbare Auswertung der Meßergebnisse in bezug auf vorgegebene Bezugsdaten möglich ist. Solche Bezugsdaten können unter anderem aus mikroskopischen Analysen mit einem ähnlichen Probenmaterial vorher gewonnen sein. Die Ausgangsfunktion kann in Form einer selektiven Impulszählung vorliegen, wobei eine Standardabweichung von einem Bezugsmittelwert berechnet wird, die die genaue statistische Größenverteilung der Einschlüsse im Werkstoff erkennen läßt.The successively retrieved output signals of the trap circuits 14, that is, the size and depth the foreign body inclusions are analogous, are entered individually to the output circle 17, which the results calculated from the sample analysis, so that a comparable evaluation of the measurement results in with reference to specified reference data is possible. Such reference data can include, among other things microscopic analyzes with a similar sample material must be obtained beforehand. The output function may be in the form of a selective pulse count, with one standard deviation is calculated from a reference mean, which is the exact statistical size distribution of the inclusions can be recognized in the material.

Der Ausgangskreis 17 baut sich aus einem konventionellen Computer oder logischen Schaltkreisen auf, welche die Ausgangsimpulse der Kreise 31 über die gesamte Versuchsdauer integrieren. Im Eingang dieses Kreises 17 ist ein Exponentialverstärker 30 vorgesehen, dessen verstärkte Ausgangssignale der Größe der Fremdkörpereinschlüsse entsprechen. Diese vorverstärkten Ausgangswerte des Exponentialverstärkers werden dann einem Integrator 35 eingespeist, der die gesamten Ausgangswerte summiert und durch die Anzahl der Messungen dividiert, so daß ein einziger Mittelwert gebildet wird, der dendie Größe der Einschlüsse wiedergebenden Signale entspricht, wie er während des gesamten Analysenvorganges wiederholt anfällt. Das Ausgangssignal des Integrators 35 wird dann in einem nachgeschalteten Differenzverstärker 36 mit einem von einem Signalgeber 38 gelieferten Bezugssignal verglichen. Das Bezugssignal ergibt sich aus übereinstimmenden Ergebnissen und deren Auswertung von ähnlich behandelten Proben. Der sich aus dem Vergleich im Differenzverstärker 36 ergebende Wert stellt schließlich eine Information dar, die die physikalischen Eigenschaften der Probe, bei-The output circuit 17 is made up of a conventional computer or logic circuitry, which integrate the output pulses of the circles 31 over the entire duration of the experiment. In the entrance of this Circuit 17 an exponential amplifier 30 is provided, the amplified output signals of the size correspond to the inclusions of foreign bodies. These pre-amplified output values of the exponential amplifier are then fed to an integrator 35, which sums the entire output values and through the Number of measurements divided so that a single mean is taken of the size of the inclusions reproducing signals corresponds to how it is repeated during the entire analysis process accrues. The output signal of the integrator 35 is then in a downstream differential amplifier 36 compared with a reference signal supplied by a signal generator 38. The reference signal results from matching results and their evaluation of similarly treated samples. Which The value resulting from the comparison in the differential amplifier 36 ultimately represents information the physical properties of the sample, both

spielsweise die Zugfestigkeit des Werkstoffes, erkennen läßt. Diese Information kann einem geeigneten Kontrollgerät zugeführt werden, beispielsweise einer automatischen Klassifiziervorrichtung 37, dessen Resultate entweder sofort oder nach einer zeitlichen Verzögerung ausgewertet "werden können.For example, the tensile strength of the material can be recognized. This information can be given to an appropriate Control device are supplied, for example an automatic classifying device 37, whose Results can be evaluated either immediately or after a time delay.

Angenommen, die zu untersuchende Probe S sei ein Stahlbarren und die Analysenergebnisse entsprechen einem vorher untersuchten Stahl mit einer ausgewählten Güteklasse, dann kann die Vorrichtung am Ausgang des Differenzverstärker 36 dazu verwendet werden, die durchgelaufene Probe hinsichtlich ihres Werkstoff- und Reinheitsgrades sichtbar zu kennzeichnen.Assuming that the sample S to be examined is a steel bar and the analysis results correspond to a previously examined steel with a selected quality class, the device at the output of the differential amplifier 36 can be used to visibly identify the sample that has passed through with regard to its material and degree of purity.

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the average distribution of non-metallic foreign matter inclusions in homogeneous metal in the Ultrasonic materials testing according to the pulse echo method using a plurality from transducers in stationary contact with the workpiece surface, the echo pulses from the volume elements th of the material sample received one after the other with a time delay and these in analog Convert current impulses, which are controlled by an electronic Switches are fed one after the other to the input of a pulse amplifier, which has a Connected filter arrangement, characterized in that the transducers (26) as common Transmit and receive transducers and with the outputs of an electronic Switch (24) of a switching stage (12) are connected, which is synchronous with the interrogation circuits the electronic switch (27) controlled by the pulse trainer (22) from the pulse trainer triggered high-frequency pulses successively to the transducer (26) switches, and that the the echo pulses corresponding, .in an input stage (28) amplified current pulses to the Input of an amplitude limiter stage (29) and to the input of a plurality of per se known gate and storage circuits (31) having blocking circuit (14) are connected by which the amplitude limiter stage (29) is based on reflections in different workpiece depths compensated for the amplitude distribution to be traced back and of which the inputs each Gate and storage circuit (31) in each interrogation position of the electronic switch (27) at the same time are acted upon, whose with in a known manner by reflection in different Delayed pulses applied to outputs corresponding to depth ranges, however, ih chronological sequence one after the other by one from the pulse trainer (22) via a delay stage (34) delayed controlled electronic switch (32) to an output circuit (17) are switched, which in an integrator (35) is a characteristic of the sample Average of the. The size of the signals representing non-metallic inclusions, and which comprises a differential amplifier (36) which the mean value signal of the integrator (35) compares with a reference signal supplied by a signal generator (38). '

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse trainer (22) has a Delay stage (23) is connected downstream, the output signal of which is a high-frequency oscillator (21) controls in such a way that it sends its high-frequency signal to one of the pulse train times Converter (26) emits after the electronic switch (24, 27) with the corresponding converter are connected. .

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the high-frequency oscillator (21) oscillates at a frequency of 5 MHz.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pulse trainer (22) Emits power surges in time intervals of 2 to 3 microseconds. .

5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the gate and Locking circuit (14) having storage circuits (31) which receives amplitude-compensated input signals from the limiter stage (29).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that that the gate and memory circuits (31) exclusively on signals with a one time value assigned to a certain depth range can be addressed.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the gate and storage circuits (31) store the incoming signal within their response time with the greatest amplitude until it is queried for evaluation by the delayed-controlled electronic switch (32) . '■' ■ ·· ■;

,

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that that between the output of the integrator (35) and the signal generator (38) in Differential amplifier (36) amplified voltage difference of a sorting classification or identification device (37) is supplied.

1 sheet of drawings 209 633/151