DE1573768A1 - Vorrichtung zum Pruefen von Blattmaterial mittels Ultraschall - Google Patents
Vorrichtung zum Pruefen von Blattmaterial mittels UltraschallInfo
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Description
Anmelderin: Societe dite: REALISATIONS UI/TEASOITIQ.UE
Vorrichtung zum Prüf en von Blattmaterial mittels Ultrascliall
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum fortlaufenden
Prüfen fester Körper mittels Ultraschall nach einem Verfahren, bei dem der zu prüfende Körper in Flüssigkeit
getaucht ist.
Diese Vorrichtung bezweckt im wesentlichen, die hin- und zurückgehenden Impulse eines Ultraschallwellenbündels an die
Oberfläche des zu prüfenden Körpers durch ein flüssiges
Medium hindurch gelangen zu lassen, das den akustischen Kontakt mit dem Prüfkörper erleichtert und die "Echos" aufnimmt,,
die durch die Reflection des Ultraschalles von der Unterfläche des Prüfkörpers oder von anderen im Innern αέέ Korpers vorhandenen Reflektionsflachen, d. h. von den zu entdeckenden
Fehlern zurückgeworfen werden. Diese Echos werden in elektrische ο igna Ie umgewandelt und auf der Bildscheibe einer
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BAD
Kathodenröhre aufgezeichnet. Das Ultraschällstrahlenbündel
tastet die Fläche des festen Prüfkörpers mit einer verhältnismässig geringen Geschwindigkeit ab und der Anzeigeausschlag,
beispielsweise in der Horizontalen der Kathodenröhre ist zu dieser Abtastung synchronisiert, während der vertikale
Ausschlag, der viel schneller ist, beispielsweise zu den erwähnten
zurückgeführten Impulsen synchronisiert ist. Lie elektrischen Echosignale geben das elektronische Strahlenbündel der Kathodenröhre frei, das normalerweise gesperrt
ist. Man erhält auf diese Weise eine Art Wiedergabe im Schnitt von dem Prüfstück, dessen Oberfläche, Unterflache und andere
rückstrahlende Flächen durch Leuchtspuren auf dem Bildschirm wiedergegeben werden, wobei dieser die Anzeige hinreichend
lange zeigt.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem deutschen
Patent ,. (Patentanmeldung R 55.003 IXb/42k) und in'
dem französischen Patent No 1.300.875 vom 26. Juni 1961
beschrieben. Die Bezeichnung des deutschen Patentes (Patentanmeldung) lautet: Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden
Prüfen fester Körper mittels Ultraschall in einem sogenannten
(Tauchverfahren.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, zum schnellen
Prüfen von flachen Körpern grosser Abmessungen, beispielsweise Blechen aus Leichtmetallegierungen, eine schnelle Verschiebung
des Ultraschallbündels bei Geschwindigkeiten bis zu mehreren Metern je Sekunde zu erreichen.
" Cft) 9 8 2 8 / O 3 5 5
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Prüfen
fester Körper in getauchtem Zustand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass auf einem umlaufenden Prüfkopf mehrere
Umformer so montiert sind, dass sie.eine Vielzahl Ultrasoiiallstrahlenbündel
erzeugen, die nacheinander die uberflache
des blattförmigen bzw. flachen und dünnen Prüfkörpers
auf jeweils einem kleinen Kreisbogen abtasten, dass
ferner Mittel vorgesehen sind, um den Prüfkopf in Wirkung
zu setzen, wobei die Abtastungsauswertung in aufeinander folgenden Bändern erfolgt, deren Länge mit der Breite
der Kreisbögen übereinstimmt und die parallel zu einem d-er
liänder des blattförmigen Prüfkörpers verlaufen, und dass
.Mittel vorgesehen sind, um nacheinander die Sender und elektrischen
Empfänger auf die verschiedenen Umformer umzustellen.
W-eitere Einzelheiten des Anmeldungsgegenstandes werden in
der nacnfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen ausführlich dargelegt.
Fig. 1 zeigt ein allgemeines Schema einer Vonichtung nach
der Anmeldung.
Fig. α ist ein Schema aes Prüfkopfes und
Fig. ? ein ochemadei· elektrischen schaltung der Vorrichtung.
In dei Figur 1 ist ein oben offener, mit V/asser gefüllter
Behälter 1 dargestellt, in den ein zu prüfendes Blech eingetaucht ist. Das Blech wird durch ein Ultraschallstrahlen-
■:■ 009828/0355 ','
HAD QBlGiNAt/·
bündel abgetastet, das durch einen Prüfkopf erzeugt wird,
der symbolisch in Form einer Scheibe 3 angedeutet ist.
Der Prüfkopf trägt eine An-zahl Umformer, und zwar bei dem
dargestellten Beispiel sechs, die mit Bezugsziffern 4 bis 9 bezeichnet sind. Diese Umformer werden mittels einer Aussendeeinheit
10 für elektrische Impulse von hoher Frequenz erregt. J-n Form eines· Rechteckes 11 sind die Mittel zum Bewegen
des Prüfkopfes 3 angedeutet, und zwar,bewegt sich der
Prüfkopf einerseits in einer Drehbewegung um seine Achse und andererseits in einer im wesentlichen geradlinigen Bewegung, z.B. entlang der Linie 12, die gestrichelt eingezeichnet
ist. Diese Bewegung wird in der Praxis mittels einer Rollbrücke erzeugt, welche in der Richtung X-X1 verschoben
wird, und mittels eines Schlittens, der auf dieser Rollbrücke gelagert ist und die Bewegungen in der Lichtung
Y-Y1 bewirkt. Der Prüfkopf 3 tastet so eine Serie
von im allgemeinen zu den Rändern des Bleches parallelen
Bändern ab. Bei der Abtastung des ersten Bandes beschreibt
das von dem Umformer 4 ausgesandte Ultraschallstrahlenbündel einen kleinen Kreisbogen 13>
der Umformer 5 einen Bogen 14-," der Umformer 6 einen Bogen 15 usw.
desgleichen tastet dft Umformer 7* der sich auf der Scheibe
3 in diametral gegenüberliegender Stellung, zum Umformer 4 befindet, einen Bogen 16 ab, der Umformer 8 einen Bogen"17*
der Umformer 9 einen Bogen 18 usw. Diese Umformer spielen
gleichzeitig die Rolle von Aussendern von Ultraschallstrahlen
009828/0355 BADORiGiNAU7
und von Empfängern der Echos, die sich aus der Reflection
der Ultraschallstrahlen ergeben, und zv.ai scvoLl \;enn I.L013
/Rc-4Tl31C4Ji-Ti 3.1 13? Tj ltwif lache des Bleches erfolgt, wie auch
wenn sie von Fehlern stammt, die sich im Innern des Bleches zeigen können. Diese Echos werden auf einer Empfangsvorrichtung
19 übertragen, die elektrische Impulse erzeugt und später
beschrieben wird. Eine nicht dargestellte Kommutator-Vorrichtung,
die weiter· unten beschrieben wird, sichert das nacheinander folgende paarweise Einsetzen der Umformer, so
eines ersten Paares,das aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Umformern besteht, beispielsweise den Umfor-.
mern A und 7, "dann eineszweiten Paares 5 und 8 usw. , sowie
die Verbindung des Empfängers 19 mit einer Folge von sechs Schreibanzeigern der mit dem Empfänger verbundenen Registriereinrichtung.
Weiter unten wird beschrieben, dass man auf diese Weise zwei
voneinander getrennte Ausforschungen des Bleches erhält, die
verschiedenen Empfindlichkeiten entsprechen können.. Die Ausforschungen,
beispielsweise diejenige durch die Kreisbögen 13, 14, 15 usw., erfolgen hinreichend nah aneinander, um eine
praktisch fortlaufende Ausforschung der Oberfläche des Bleches
zu erhalten. Dieser Abtastprozess gemäss der Erfindung erlaubt
eine sehr schnelle Abtastung eines Bleches von gro.sser Oberfläche..
009828 AO 3 5 5 sad ORIGINAL
ρ Man kann beispielsweise in der Minute eine Fläche von 0,6 m
abtasten. ' .
Die Figur 2 stellt schematisch einen Prüfkopf dar mit sechs
Umformern 4 bis 9» die von einer Scheibe 20. beispielsweise von 40 cm Durchmesser, getragen werden. Diese Scheibe 20
wird durch einen Motor 21 beispielsweise im Sinne des Pfeiles mit einer Geschwindigkeit von fünf oder sechs Umdrehungen
je Sekunde in Umlauf gehalten.
Die Aussendeeinheit weist zwei voneinander getrennte Sendeeinrichtungen
auf: 10 E, die im folgenden als "roter Weg" bezeichnet wird, und t10 N, die als "schwarzer Weg" bezeichnet
wird. Eine Scheibe 22 E ist auf der gleichen Welle montiert wie die Welle 20 und wird infolgedessen synchron durch
den Motor 21 angetrieben. Sie nimmt sechs, paarweise einander diametral gegenüber angeordnete Relais auf.
Es handelt sich um Relais, die in einem evakuierten Ringraum
montiert sind und die nicht durch Parasitimpulse der Schalteinrichtung
beeinflusst werden.
Mit 23 R ist ein Relais bezeichnet, das gegenüber einem polaren
Sektor 25 R angeordnet ist. Diametral gegenüber dem Relais 23 R befindet sich das Relais 24 E. Die sechs Relais,'
die von der Scheibe 22 R getragen werden, sind mit dem Sender
10 R über einen umlaufenden Kontakt verbunden, der als Quecksilberschalter 26 R ausgebildet ist. Desgleichen werden
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. - 7 -■■■■
sechs Eelais von einer umlaufenden Scheibe 22 N getragen, die über einen umlaufenden Kontakt 26 N mit dem Sender 10 N
verbunden sind. Die beiden Sektoren 25 B und 25 N sind durch
kagnete befestigt, aie von den Spulen 2? E und. 27 N umhüllt
sind, welche durch eine Stromquelle 28 gespeist werden. Infolge
ihrer jinoicu;:ib crr^en sie nacheinander je eines der umlauf
enden Ielais - wie z. B. das Eelaispaar 23 N und 23 E —
bei der synchronen Umdrehung der drei Scheiben 22 E, 22 ίϊ
und 20.
Zur besseren Übersicht sind nicht die Verbindungen aller Ee-Iais
mit den Umformern dargestellt. Wenn das Eelaispaar 23 E,
23 N erregt ist, werden die diametral einander gegenüber angeordneten Umformer 7 und 4 gespeist* '.Venn das dem Paar 23 E,
23 N gegenüber angeordnete Eelaispaar 24 E, 24 N. erregt ist,
speist es zunächst noch die Umformer 7 und 4, aber dieses Mal
ist ä-ev umformer, der vorher mit dem schwarzen Y/eg verbunden
war, mit dem roten »veg verbunden und umgekehrt» Mit anderen' Worten, je nachdem die umformer die eine oder die andere der
beiden eirunder gegenüber liegenden Stellungen einnehmen,
ist jeder Umformer an den einen oder anderen Weg angeschlossen,
sodass schliesslich alle Kreisbögen 13, 14, 15 usw. auf einem
weg abgetastet werden, während die Kreisbögen 16, 17, 18 usw.
auf dem anderen V<eg abgetastet werden.
Jeder Weg tastet schliesslich die gesamte Oberfläche des
Bleches ab. ^iner der Wege besitzt beispielsweise eine der-
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artige Empfindlichkeit, dass es ihm möglich ist, Fehler aufzufinden,
welche eine .Abmessung von mehr als einem Millimeter
haben, während der andere Weg eine derartige Empfindlichkeit
hat, dass er Fehler entdeckt, die eine Abmessung von sieben
Millimeter oder mehr haben.
Die Registriereinrichtung ist nicht Gegenstand einer eingehenden
Beschreibung. Sie kann zweckmässig in der Weise ausgebildet sein, welche in dem französischen Patent 1.310.801
der Anmelderin vom 10. Juni 1958 unter der Bezeichnung
"Vorrichtung zur Registrierung mit doppelten Maßstäben"
beschrieben worden ist.
Von zwei getrennten Anzeichnungsgeräten wird der rote Weg
in rot eingetragen, der schwarze Weg in schwarz. Für jeden der Wege sind sechs Schreibstifte vorgesehen, die auf einer
umlaufenden Scheibe montiert sind und ihre Aufzeichnung
auf einem Band aus Kohlepapier machen. Für die Synchronisation dieser beiden umlaufenden Scheiben mit dem Prüfkopf
ist vorgesorgt,
Die Anzeichnungsgeräte sind auf einem Schlitten montiert,
der von einer beweglichen Brücke getragen wird. Dieses System repruduziert die Bewegung des Prüfkopfes in einem Maßstab
von beispielsweise 1/10. Man erhalt so einen Überblick im Maßstab 1 zu 10 von der Draufsicht auf die Blechplatte.
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Die Figur 3 stellt eine elektrische Schaltung der Vorrichtung
■ dar. Man sieht hier die Sender 10 N und 10 R, die entsprechenden
Empfänger 29 N und 29 R, die umlaufenden Quecksilberkon- ■
taktre 26 H und 26 R, die beispielsweise mit den Umformern 7 <
bzw. 4 verbunden sind. Die beiden Sender sind durch einen
Generator 30 synchronisiert, der ebenfalls die Zeitbasis 31
eines Oszilloskopen 32 synchronisiert. Die Platten für die
vertikale Ablenkung dieses letzteren sind über Verstärker mit
den Empfängern jedes Weges verbunden. Zur grÖsseren Übersichtlichkeit der Zeichnung ist nur der Verstärker 33 N des schwarzen
Weges dargestellt. Für jeden Weg ist jedoch eine Einheit
von Stromkreisen nach der Erfindung vorgesehen, die den Empfänger mit dem entsprechenden Registratur 34 N oder 34 R
verbinden.
Dargestellt ist lediglich die Einheit, die dem schwarzen Weg
entspricht. Diese Einheit umfasst im wesentlichen Mittel zum
Kompensieren der Smpfindlichkeitsdifferenzen der sechs Umformer, die nacheinander für diesen Weg in Tätigkeit treten,
sowie Mittelj um eine AufZeichnung durchzuführen, sobald die
Umformer über den Rand des Bleches hinweg gehen und aufhören dieses zu ^erforschen..
Die Mittel zum Kompensieren der Empfindlichkeitsdifferenzeh
weisen für den schwarzen Weg einen Empfindliehkeitskorrektor
35 ΪΓ auf., der die Verstärkung durch den Verstärker 33 H für
den schwarzeii Weg ändert» Meser Korrektor empfängt tlie
- 10 - . . ■■
Signale, die von einem Wähler 37 N ausgehen und wird selbst
durch einen Generator 36 N mit Rechteckspannung in Betrieb
gesetzt. Dieser Wähler 37 N ist mit dem Ausgang der Vorverstärkerstufen des Empfängers 39 N verbunden. Er nimmt das Eingangsecho
auf (das durch Rückstrahlung des Ultraschalles von der Oberfläche des Bleches erhaltene ücho) und leitet es zum
Korrektor 35 N» der eine Gleichspannung liefert, die proportional
der Sägespannung des' ausgetrennten Echos ist. Dank den
Kompensationsmitteln ist die Spannung am Ausgang des Verstärkers praktisch unabhängig von der Empfindlichkeit des Umformers.
Es handelt sich nicht um eine Gegenreaktion, zumal ein Gegenreaktionssystem hier nicht funktionieren würde r weil das
Ultraschallstrahlenbündel· sich zu sehr von einem Aussendeimpuls bis zum folgenden verschiebt. (Die Geschwindigkeit; des
Bündels liegt beispielsweise in der Grössenordnung von
5m/sec.) Die Amplitude des lchos ändert sich zu schnell, als
das ein Gegenreaktionssystem sich wirksam zeigen könnte.
Um eine hinreichend kurze ..antwortzeit zu erhalten, wird das
vom Umformer ausgesandte Signal nach jeder Peilung' auf Hull
zurückgeführt.
Die Mittel zur Anzeige des Blechrandes weisen einen Wähler 40 M
■ - ' J
auf, der durch die Rechteckspannung, die von einem Generator-41
N erzeugt wird, so betrieben wird, dass er die Bittgangsechos
ausscheidet. Eine Vorrichtung 42 N ist mit dem Wähler 40 H verbunden und erzeugt eine Spannung deren üsapllfcu&e
009B28/0
\
- 11 -■ ■·■ ..■■.■■■
verhaltnismassig schwach ist, so lange keine Eingangsechos
zugehen. Diese Spannung wird in einem Verstärker 43 N von einer
Spannung mit grösserer Amplitude überlagert, die von den Fehlerechos herrührt und über die Stromkreise 44 N und 45 N
zugeführt wird, die weiter unten beschrieben werden. Aufzeichnungen
ausserhalb des Bleches werden durch eine hellgraue Tinte auf dem Registriergerät angezeigt.
Die Fehlerechos weiden für den schwarzen Weg über die Stromkreise
44 N und 45 N übertragen. Der Stromkreis 44 N trennt
die Echos heraus, indem er sich.in einem kurzen gleichmässigen
Zeitintervall nach dem ftingangsecho abzweigt. Auf diese Weise
sind mit Sicherheit die Eingangsechos eliminiert, selbst wenn
sie sich infolge der Unregelmässigkeiten der Oberfläche des
Bleches in veränderlichen Weiten zeigen.
Die Vorrichtung der Figur $ weist im übrigen eine Einrichtung
39 N für Korrektur der ^bschwächung der Echos infolge
der Verbreiterung und der Absorbtion des Ultraschalles im
Innern des Bleches auf.
Die Vorrichtung 39 H erzeugt eine Spannung, die vom Eingangsecho ab anwächst und auf die Empfindlichkeit des Verstärkers
33 N so wirkt, dass dieser in gleichem Masse verstärkt,-wie
die Echos sich weiter vom Eingangεecho entfernen.
Die Vorrichtung 39 N wird durch einen Generator 38 N von
Eechteckspannungen synchronisiert, der mit dem Ausgang" des
Verstärkers 33 N verbunden ist.
0098 23/03 5 5
Claims (7)
- PATENTANWALTDIPL-IN6. Θ. ΘOLLRAD.OcuUch* Bank AQ. MOnchan, Konto 710632 PoiUchackkonto MOnch«n8S062München 22, den 28« September 1965Herrnstraße 14 (nähe Isartor) Telefon 227887BSroztlt: Montag fels Fr*ltro.e*12 u. 14-16 UhrPat ent ans prü c he/Iy Vorrichtung zum Prüfen fester Körper mittels Ultraschall nach einem Verfahren, bai dem der zu prüfende Körper in Flüssigkeit getaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem umlaufenden Prüfkopf (3) mehrere Umformer
(4, 5» 6, 7» 8» 9) so montiert sind, dass sie eine
Vielzahl Ultraschallstrahlenbündel erzeugen, die nacheinandeu die Oberfläche des blattförmigen bzw. flachen und dünnen Prüfkörpers auf Jeweils einem kleinen Kreisbogen (13, 14* 15, 16, 17, 18) abtasten, dass ferner
Mittel" vorgesehen sind, um den Prüfkopf (3) in Wirkung zu setzen, wobei die'Abtastungsauswertung in aufeinanderfolgenden Bändein erfolgt, deren Länge mit der
Breite der Kreisbögen (13, 14, 15, 16, 17, 18) übereinstimmt und die parallel zu einem der.Ränder'des blattförmigen irrüf körpers sind, und dass Mittel vorgesehen sind, um nacheinander die Sender (10) und elektrischen impfanger (19) auf die verschiedenen Umformer (4, 5» 6, 7, 8, 9) um^5W^703 55BAD - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeiclinet durch die Anordnung von zwei "Abtastwegen" (N, E), die je einen Sender (10 If und 10 R), einen elektrischen Empfänger (29 N "bzw. 29 E) und eine Registriervorrichtung umfassen, wobei die Empfänger (29 N, 29 E)-derart verschiedene Empfindiichkeit "besitzen, dass Fehler von verschiedenem Umfang jeweils in geeignetem Masstab angezeigt werden können, und wobei Kommutatoreinrichtungen vorgesehen sind, um die Umformer (4, 5, 6, 7» 8, 9) so auf die Sender (10 N, 10 R) der beiden Wege (N, R) zu schalten, dass jeder Umformer (4, 5, 6, 7» 8, 9) im Laufe der Drehung des Prüfkopfes (3) um 180° nacheinander auf den einen Weg (N bzw. R) und auf den anderen Weg (R bzw. N) geschaltet wird.
- 3.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatoreinrichtung sechs Relais (23 N, 23 Ry 24 N, 24 R) umfasst, die zur Eliminierung von Parasitimpulsen in einem evakuierten Ringraum montiert sind und die.aufeiner Scheibe (22 W, 22 R) angebracht sind, die synchron-mit der die Umformer (4, 5» 6» 7» 8, 9). tragenden Scheibe (3) umläuft, und dass zur Steuerung der Relais (23 N, 23 R, 24 N, 24 R) Elektromagnete (27 N,-27 R) ortsfest angeordnet sind. _ ·00 9 82 8/03 55
- 4-i Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Empfänger (29 N, 29 R) Mitibel zum Erzeugen einer Spannung aufweist, die l\e registriereinrichtung jedesmal betätigt, sobald der Prüfkopf (3) über den Rand des Bleches hinausgeht.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Empfänger (29 N, 29 R) Mittel zur Korrektur seiner Empfindlichkeit bei jedem Wechsel von einem Umformer (4-, 5» 6» 7» 8, 9) zum anderen aufweist.
- 6„ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Empfänger (29 N1 29 L) Mittel zum Korrigieren der Abschwächung des Echos auf v/eist, die infolge der Verbreiterung und der Absorbtion des Ultraschallbündels im Innern des Prüfstückes eintritt, wobei diese Mittel eine Spannung erzeugen, die die Empfindlichkeit des Empfängers vom Eingangsecho ab steigert. '
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Heraustrennen der Fehlerechos mittels einer Blende, die in einem kurzen Zeitintervall nach dem Eingangsecho betätigt wird.BAD0RfGINAL 009828/0355 ^ ' -
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