DE1648632A1 - Acoustic test system - Google Patents

Acoustic test system

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DE1648632A1
DE1648632A1 DE19671648632 DE1648632A DE1648632A1 DE 1648632 A1 DE1648632 A1 DE 1648632A1 DE 19671648632 DE19671648632 DE 19671648632 DE 1648632 A DE1648632 A DE 1648632A DE 1648632 A1 DE1648632 A1 DE 1648632A1
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acoustic
transducer
impedance
probe
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DE19671648632
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Erdman Donald Clavin
Botsco Ronald Joseph
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Boeing North American Inc
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North American Rockwell Corp
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    • G01N29/04Analysing solids
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  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

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-7. März 1967 i?***· mm ruschke-7. March 1967 i? *** mm ruschke

D»pUng.HBK'2 AGULARD »pUng.HBK'2 AGULAR

8 München 27, Pienzenauar Sir. 2 8 Munich 27, Pienzenauar Sir. 2

North American Aviation Inc.North American Aviation Inc.

1700 East Imperial Highway, El Segundo, California1700 East Imperial Highway, El Segundo, California

"Akustisches Prüfsystem""Acoustic test system"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zum Prüfen von Gebilden, Flüssigkeiten und Gasen unter Verwendung mechanischer Vibrations- oder Belastungswellen. In erster Linie findet die Erfindung ihre Hauptanwendung—zum Feststellen von Gestaltungen unter der Oberfläche von Feststoffen oder anderen Aufbauten, sie kann aber auch benutzt werden, um chemische Zusammensetzungen von Flüssigkeiten und Gasen zu bestimmen.The invention relates to a method and apparatus for testing structures, liquids and gases using mechanical vibration or load waves. First and foremost, the invention finds its main application — for Detection of structures under the surface of solids or other structures, but it can also be used to determine chemical compositions of liquids and gases.

Ein besonderer Bedarf für die Erfindung besteht im Zusammenhang mit der Herstellung von zusammengesetzten Gegenständen,There is a particular need for the invention in connection with the manufacture of composite articles,

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wie etwa Schichtaufbauten und auch komplizierten, dünnwandigen Gegenständen usw., die als Beispiel leichte Platten im Schichtaufbau umfassen, die weitgehend bei der Herstellung von modernen, schnellen Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet werden. Während so die Erfindung für eine Vielzahl verschiedener Zwecke und mit verschiedenen Materialien und strukturellen Aufbauten nützlich ist, wird sie zur Illustration in Verbindung mit der Überprüfung von Platten der vorstehend genannten Art beschrieben,such as layer structures and also complicated, thin-walled objects, etc., the light ones as an example Laminated panels include those used extensively in the manufacture of modern, high-speed aircraft and Spacecraft are used. While so the invention is used for a variety of different purposes and with different Materials and structure is useful, it will be used for illustration in connection with the review of plates of the type mentioned above,

Platten der genannten Art umfassen typischer Weise ein Paar im Abstand voneinander liegender äusserer Platten, die mit einem Kern geringer Dichte verbunden sind, wie etwa metallischem oder nichtmetallischem Wabenmaterial mit einer Zellenwandstärke bis hinab zu 0,0254 mm. Die Aussenplatten sind mit dem Kernmaterial auf jeder Seite desselben durch Verbindungsverfahren verbunden, die Diffusionsverbindung, Lötung oder Klebstoffe verwenden können.Plates of the type mentioned typically comprise a pair of spaced apart outer plates, which with a low density core, such as metallic or non-metallic honeycomb material having a cell wall thickness down to 0.0254 mm. The outer panels are bonded to the core material on each side of the same by bonding processes, the diffusion bonding, Can use solder or adhesives.

Die Verwendung derartiger Platten in Fahrzeugen der genannten Art erfordert äusserste Widerstandsfähigkeit und Geschlossenheit in der fertiggestellten Platte, da diese üblicher Weise hoch beanspruchte Teile von Plugzeugzellen oder Fahrzeugaufbauten sind. So sind gleichmässig kräftige und zuverlässige Verbindungen zwischen den Aussenplatten un.d dem daran anliegenden Kernmaterial wesentlich , und es The use of such panels in vehicles of the type mentioned requires extreme resistance and cohesion in the finished panel, since these are usually highly stressed parts of plug-in tool cells or vehicle superstructures. So evenly strong and reliable connections between the outer plates and the core material lying on them are essential, and it

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

ist lebenswichtig, dass Defekte in allen Verbindungsstellen zwischen den Plattenbestandteilen unbedingt vermieden werden. Zu diesem Zwecke ist die sorgfältige und vollständige Inspektion derartiger Platten unbedingt notwendig, um die Güte und vollständige Unversehrtheit eines jeden Bestandteiles sicherzustellen, nicht nur zum Zeitpunkt der ersten Herstellung und periodisch während der Lagerung oder dem Versand, sondern auch vor jedem Flug des Flugzeuges oder des Raumfahrtschiffes, an dem solche Bestandteile montiert sind.It is of vital importance that defects in all joints between the panel components are absolutely avoided. For this purpose, the careful and complete inspection of such panels is absolutely necessary in order to ensure that the Ensure the goodness and complete integrity of every component, not just at the time of the first Manufacture and periodically during storage or shipping, but also before each flight of the aircraft or of the spacecraft on which such components are mounted are.

Wo Platten der oben beschriebenen Art durch Schweissen eingebaut sind, entsteht das unvermeidliche Risiko einer Beschädigung der Plattenverbindungsstellen und anderer ungünstiger Wirkungen in dem Grundmetall infolge der Wirkung der Schweisshitze. Das NichtVorhandensein solcher Auswirkungen muss mit Sicherheit bestimmt werden, bevor das Fahrzeug, in dem derartige Platten eingebaut sind, seine Aufgaben erfüllen darf. Wenn eine Platte vollständig eingebaut und permanent mit benachbarten Bestandteilen in einem Fahrzeug verbunden ist und nur eine Seite der Platte infolge der gegenseitigen baulichen Störungen durch die angrenzenden Fahrzeugbestandteile zugänglich ist, ist eine vollständige Überprüfung der Platten äusserst schwierig und kann nicht mit normalen Techniken des Standes der Technik durchgeführt werden, bei denen ein Eintauchen,Where plates of the type described above are installed by welding, there is an inevitable risk of damage the plate joints and other adverse effects in the base metal as a result of the effect the heat of sweat. The absence of such effects must be determined with certainty before the vehicle in which such panels are installed its May perform tasks. When a panel is fully installed and permanently in with adjacent components a vehicle is connected and only one side of the plate as a result of the mutual structural disturbances by the adjacent Vehicle components are accessible, a full inspection of the plates is extremely difficult and cannot be performed using normal prior art techniques that involve immersion,

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übliche Ultraschallprüfung, RÖntgenprüfung oder andere Prüfungen verwendet werden, die vollständige Zugänglichkeit zu beiden Seiten des zu untersuchenden Gegenstandes erfordern. Wo ausserdem eine gelöste oder nicht verbundene Stelle oder ein anderer Bereich einer Verbindung in enger Berührung aber nicht tatsächlich verbunden vorhanden ist, was zu einer tatsächlichen Lücke zwischen den fluchtenden Oberflächen führt, die tief innerhalb der Platte liegen können und nicht nahe an der Oberfläche, die zugänglich ist, kann die Lage und Identifizierung der Fehlerstelle normalerweise nicht durch solche allgemein bekannten Inspektionsverfahren, wie etwa Röntgeneinrichtungen usw. durchgeführt werden.usual ultrasound examination, X-ray examination or others Exams are used that have full accessibility to both sides of the object under investigation require. In addition, where there is a loosened or disconnected point or another area of a connection in close contact but not actually connected is present, creating an actual gap between the flush surfaces that may lie deep within the plate and not close to the surface, which is accessible, the location and identification of the fault location cannot normally be identified by such general known inspection methods, such as X-ray devices etc. can be carried out.

Die Erfindung benutzt in diesem Falle eine nicht zerstörende Prüfung und Inspektion von aus mehrfachen Wänden bestehenden und ansonsten leichten, aus Schichten aufgebauten oder hohlen Aufbauten komplizierter Gestalt durch Analyse des. akustischen Verhaltens des überprüften Gebildes. Das akustische Verhalten von zusammengesetzten Aufbauten ist mathematisch kompliziert und buchstäblich durch theoretische Analyse nicht voraussagbar wegen der strukturellen Geometrie und Veränderungen der Materialzusammensetzung, Verdichtung und Massenverteilung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Impedanztesten solcher Aufbauten durch das neuartige, hierin beschriebene Verfahren alle diese störenden Faktoren ver-The invention in this case utilizes non-destructive testing and inspection of multiple walls and otherwise light, layered or hollow structures of complicated shape through analysis of the acoustic Behavior of the checked structure. The acoustic behavior of assembled structures is mathematical Complicated and literally unpredictable by theoretical analysis because of the structural geometry and Changes in material composition, compression and mass distribution. However, it has been shown that a Impedance testing of such structures using the novel method described herein eliminates all of these interfering factors.

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BAD ORlGlNiCBAD ORlGlNiC

meidet. Das Impedanztesten, wie hierin verwendet, bezieht sich auf Verfahren und Mittel zum Peststellen von Belastungsveränderungen an einem elektrisch erregten akustischen Wandler, dessen akustisches Ansprechen durch das getestete Werkstück beeinflusst wird. Übliche Ultraschallverfahren sind zum Testen des akustischen Verhaltens von Aufbauten, wie vorstehend beschrieben, nicht zufriedenstellend. Komplizierte Zurückstrahlungen, Interferenzen, Schwingungsartumwandlungen und übermässige Dämpfung an oder über dem hohen Kilohertzbereich sind Hauptfaktoren, die die meisten der Ultraschalltestarten in dieser Hinsicht ungeeignet machen. Wenn so eine zusammengesetzte, durch Klebstoff verbundene Wabenschichtaufbauplatte mit hohen Frequenzen durch Impedanz getestet wird, wird eine angemessene Energieübertragung durcfe die erwähnten Paktoren ernsthaft behindert. Dies schliesst eine zufriedenstellende Bildung einer stehenden Welle durch das gesamte zusammengesetzte Material aus mit dem Ergebnis, dass die Prüfung nur die Verbindungsmerkmale zwischen den Grenzflächen anzeigt, die der Stehwellenquelle am nächsten liegen. Im Falle hoohdämpfender Schichtaufbauten, wie etwa agglomeriertem Kork, Glasfasern oder Gummischichten kann die Schallenergie sich im allgemeinen nioht zufriedenstellend durch die Klebegrenzfläche fortpflanzen. Wenn eine Schallwelle eine zu. überprüfende Grenzfläche nicht erreichen kann, kann sie von ihr auch nicht reflektiert werden und demgemäss kann keine Veränderung einer Wellenoh&r-akfceristik zwischen einer gutenavoids. Impedance testing, as used herein, refers to methods and means for detecting changes in load on an electrically energized acoustic transducer whose acoustic response is affected by the workpiece being tested. Conventional ultrasonic methods are unsatisfactory for testing the acoustic behavior of structures as described above. Complicated reflections, interference, mode conversions, and excessive damping at or above the high kilohertz range are major factors that make most of the ultrasonic test types unsuitable in this regard. When such a composite adhesive honeycomb building sheet is tested at high frequencies by impedance, adequate energy transfer is seriously impeded by the factors mentioned. This precludes satisfactory standing wave formation by the entire composite material, with the result that the test will only reveal the connection features between the interfaces that are closest to the source of the standing wave. In the case of high-damping layer structures, such as agglomerated cork, glass fibers or rubber layers, the sound energy can generally not propagate satisfactorily through the adhesive boundary surface. When a sound wave is one too. cannot reach the interface to be checked, it cannot be reflected by it either, and accordingly no change in wave impedance can be between a good one

~5~ 209815/0222~ 5 ~ 209815/0222

BADBATH

und einer schlechten Verbindung erzielt werden und es sind andere Mittel notwendig, um die Verbindung zu prüfen. Impedanzprüfer, die im Stande der Technik bekannt sind, sind so nur in der Lage, Oberflächen oder Bereiche nahe an Oberflächen zu überprüfen, aber nicht Massen in ihrer Tiefe. Ebenso können die Impedanztester nach dem Stande der Technik nicht durch hochgradig dämpfende Schichten dringen, um eine praktische Tee Jcta„eige zu ergeben.and a bad connection, and other means are necessary to check the connection. Impedance testers, which are known in the prior art, are only able to measure surfaces or areas close to them to check on surfaces, but not masses in their depth. Likewise, the impedance testers can the technology does not penetrate through highly dampening layers in order to produce a practical tea jcta "eige".

Die vorliegende Erfindung schafft ein Gerät zum Analysieren eines Werkstückes zum Peststellen und Finden von strukturellen Diskontinuitäten darin mit einer Sonde zur Erzeugung eines akustischen Stehwellenmusters durch einen Teil des genannten Werkstückes, wenn die Erregung durch ein elektrisches Signal erfolgt, und zum Verändern des genannten Signales im Ansprechen auf Veränderungen in dem genannten Muster, eine elektrische Quelle zum Uhterstromsetzen der genannten Sonde durch ein Signal verhältnismässig niederer Frequenz und Ableseeinrichtungen zum Beobachten der genannten Veränderungen des Signals.The present invention provides an apparatus for analyzing a workpiece for plaguing and finding structural discontinuities therein with a probe for generating an acoustic standing wave pattern through a portion of said workpiece when energized done by an electrical signal, and for changing said signal in response to changes in according to said pattern, an electrical source for supplying current to said probe by means of a signal in a proportionate manner low frequency and reading devices for observing said changes in the signal.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Überprüfen eines Werkstückes mit einem zugänglichen Oberflächenteil mit den Schritten, einen Wandler in Arbeitsverhältnis mit dem genannten Oberflächenteil zu bringen, einen Brückenstromkreis mit dem Wandler an einem Schenkel und einerThe invention also provides a method for inspecting a workpiece with an accessible surface part with the steps of bringing a transducer into working relationship with said surface part, a bridge circuit with the transducer on one leg and one

* im Q mm * in Q mm

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BADBATH

Blindbelastung am anderen Schenkel, wobei die genannte Brücke elektrisch erregt wird, um eine Stehwelle aus dem genannten Wandler in das Werkstück hinein zu erzeugen, wobei die Grosse der Unausgeglichenheit im Ausgang der Brücke beobachtet wird, die durch die akustische Belastung des genannten Wandlers verursacht wird.Reactive load on the other leg, said bridge being electrically excited to create a standing wave from the to generate said transducer into the workpiece, the size of the imbalance in the output of the Bridge is observed, which is caused by the acoustic load on said transducer.

Das Gerät und Verfahren nach der Erfindung gestatten die Überprüfung von zusammengesetzten Aufbauten durch ihre gesamte Masse, während sie Zugang nur zu einer Seite dieser Masse erfordern, was im Falle von verhältnismässig dicken Aufbauten äusserst wichtig ist.The apparatus and method of the invention permit testing of assembled structures through their entire mass, while they require access to only one side of this mass, which in the case of relatively thick ones Superstructures is extremely important.

Das Gerät und Verfahren nach der Erfindung gestatten auch eine genaue räumliche Ortung und eine Bereichsdefinition für Fehler oder strukturelle Diskrepanzen in zusammengesetzten Aufbauten.The device and method according to the invention also allow an exact spatial location and an area definition for errors or structural discrepancies in compound Superstructures.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Further features and advantages of the invention emerge from the following description of one of the attached drawings schematic drawings illustrated embodiment.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht in Querschnitt einer beispielhaften Ausfuhrungsform einer Tauchsonde zur Verwendung mit dem Gerät nach der Erfindung, wie hierin beschrieben, mit einer FlüssigkeitsschichtFig. 1 shows a side view in cross section of an exemplary one Embodiment of an immersion probe for Use with the device of the invention as described herein with a layer of liquid

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' - 7 - ' ' BAD ORIGINAL'- 7 -' ' BATH ORIGINAL

beträchtlicher Stärke, die als Energieverbinder zwischen der Sonde und dem zu überprüfenden Werkstück dientjconsiderable strength, which acts as an energy connector between the probe and the workpiece to be checked serves j

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer Kontaktsonde zur Verwendung mit dem Gerät nach der Erfindung, wobei nur ein dünner, flüssiger, Verbindungsfilm notwendig ist, der die Verbindung mit dem zu untersuchenden Werkstück herstellt,FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 Contact probe for use with the device according to the invention, wherein only a thin, liquid, connecting film is necessary that establishes the connection with the workpiece to be examined,

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer leichten Schichtenaufbauplatte,in der an verschiedenen Stellen gelöste oder nicht, verbundene Stellen vorhanden sind und wobei gleichzeitig typische Ablesungen dargestellt sind, durch die die Lage dieser nicht verbundenen Stellen mit dem Gerät nach der Erfindung identifiziert werden kann,Fig. 5 shows a cross-sectional view of a lightweight Layer build-up plate in which at different Places loosened or not, connected places are present and at the same time typical readings are shown by the location of these unconnected places with the device after Invention can be identified,

Fig. 4 zeigt eine im allgemeinen der Fig. J5 entsprechende Ansicht, jedoch mit einem aus gleichartigen Schichten aufgebauten Werkstück anstatt einem Schichtaufbau aus verschiedenem Material,FIG. 4 shows one corresponding generally to FIG. J5 View, but with a workpiece made up of layers of the same type instead of a layer structure made of different material,

Fig. 5 zeigt einen vereinfachten schematischen Stromkreis zur Erzeugung einer Stehwelle durch ein Werkstück durch eine Anordnung, die von der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 abweicht,Fig. 5 shows a simplified schematic circuit for generating a standing wave through a workpiece by an arrangement that differs from the embodiment differs according to Fig. 6 and 7,

_. 8 _ 209815/0222 BAD ORtGiNAt _. 8 _ 209815/0222 BAD ORtGiNAt

Pig. β zeigt ein schematisches Bausteinbild eines Stromkreises, der verwendet werden kann, um das hierin beschriebene Verfahren nach der Erfindung praktisch anzuwenden,Pig. β shows a schematic block diagram of a circuit, which can be used to practice the method of the invention described herein to apply

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung nach Pig. 6, aber mit einer verschiedenen illustrierenden Ausführungsform eines Stromkreises zur Durchführung des neuartigen Verfahrens,Figure 7 shows a view of the Pig device. 6, but with a various illustrative embodiment of a circuit for carrying out the novel Procedure,

Fig. 8 zeigt eine den Fig. 7 und 6 entsprechende Ansicht,1 jedoch mit einer dritten illustrierenden Ausführungsform, die von den in Fig. 6 und 7 gezeigten Stromkreisen abweicht, und v 8 shows a view corresponding to FIGS. 7 and 6, but 1 with a third illustrative embodiment which deviates from the circuits shown in FIGS. 6 and 7, and v

Fig. 9 zeigt in schematischer Form eine beispielhafte Ausführungsform eines Stromkreises, der für die Brücke verwendet werden kann, die in Blockform in Fig. 6 dargestellt ist.Fig. 9 shows in schematic form an exemplary embodiment of a circuit that is used for the bridge which is shown in block form in FIG. 6 can be used.

Unter Hinwels auf die oben beschriebenen Zeichnungen, und insbesondere auf Fig. 1 ist klar, dass die hier beschriebene Erfindung eine Sonde benutzt, die die Form annehmen kann, wie sie in einer der Fig. 1 oder 2 gezeigt ist. Die j in Fig. 1 gezeigte Sonde erfordert eine Flussigkeitsver-': bindung mit dem Werkstück, während die in Fig. 2 gezeigteWith reference to the drawings described above, and particularly to FIG. 1, it will be understood that the invention described herein utilizes a probe which can take the form as shown in either of FIGS. 1 or 2. The probe shown in Fig j 1 requires a Flussigkeitsver- '.: Binding with the workpiece as shown in Fig. 2

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BADBATH

Sonde 3 im wesentlichen eine Kontaktsonde ist, die direkt gegen die Werkstückoberfläche anliegt, die mit einem dünnen Film eines flüssigen Verbindungsmittels bedeckt ist.Probe 3 is essentially a contact probe that directly against the workpiece surface, which is covered with a thin Film of a liquid bonding agent is covered.

Die mit 1 bezeichnete Sonde in Fig. 1 weist ein Gehäuse 10 aus geeignetem leitenden Material auf, wie etwa aus Messing und von im allgemeinen zylindrischer Form mit einem piezoelektrischen oder wahlweise einem magnetostriktiven Element 12, das ebenso von im allgemeinen zylindrischer Form und axial darin ausgerichtet ist und an einem Ende durch einen Verschlussteil 14 und am anderen Ende durch einen Verschlussteil 16 abgeschlossen ist. Die Teile 14 und 16 sind vorzugsweise aus dielektrischem Material, wie etwa Lucit od. dgl. hergestellt. Elektrische Verbindungen sind an jedem Ende des Elements 12 angebracht, wie etwa mit 18 und 20 bezeichnet und sind in geeigneter Art und Weise zur äusseren Verbindung durch das Element 22 und Gehäuse 10 angeschlossen. Das zu untersuchende Werkstück, wie in Fig. 1 gezeigt, kann aus einem Paar metallischer äusserer Platten 2 und 4 bestehen, die einen Kern von leichtem Gewicht zwischen eich tragen, wie etwa aus Wabenmaterial 6, das zwischen ihnen eingeklebt oder in anderer Weise befestigt ist. Eine Plüsaigkeitsverbindung ist für die Sonde 1 vorgesehen und mit 24 bezeichnet. The designated 1 probe in Fig. 1 comprises a housing 10 made of a suitable conductive material such as brass and of generally cylindrical form with a piezoelectric or optionally a magnetostrictive element 12, which also aligned generally cylindrical in shape and axially therein and is closed at one end by a closure part 14 and at the other end by a closure part 16. The parts 14 and 16 are preferably made of dielectric material such as lucite or the like. Electrical connections are attached to each end of element 12, such as indicated at 18 and 20, and are suitably connected for external connection through element 22 and housing 10. The workpiece to be examined, as shown in Fig. 1, may consist of a pair of metallic outer plates 2 and 4 which carry between them a lightweight core, such as honeycomb material 6, glued or otherwise secured between them . A positive connection is provided for the probe 1 and is denoted by 24.

In Fig. 2 kann die Sonde 3 aus einem Gehäuse 28 bestehen, das ein oder mehrere Elemente JO aufweist, die dem magneto-In Fig. 2, the probe 3 can consist of a housing 28, which has one or more elements JO, which the magneto-

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- 10 · .vAk;". ·ν"^ ■ '■--BAD ORfQINAL- 10 · .vAk; ". · Ν" ^ ■ '■ - BAD ORfQINAL

striktiven Teil 12 nach Pig. 1 entsprechen, und wobei das Gehäuse die genannten Elemente durch geeignete Endverschlüsse 32 umfasst, die aus einem Dielektrikum bestehen können, wie etwa Lucit, Epoxyharz od. dgl. an einem Ende, wie gezeigt, während das andere Ende 34 als Teil des Gehäuses 28 aus einem Stück damit bestehen kann. Geeignete elektrische Verbindungen bei 36 und 38 sind mit einer äusseren Einrichtung 40 verbunden, um elektrische Signale vom Element JO anzulegen oder zu empfangen. Das in Fig. 2 gezeigte Werkstück 42 kann Art und Bauweise dem Werkstück entsprechen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist und oben beschrieben wurde. Die Auflageoberfläche 44 auf dem Verschlussteil 32 der Sonde 3 kann an der oberen Oberfläche des Werkstückes k2. anliegen, wie in Fig. 2 gezeigt, ohne dass eine flüssige Verbindung notwendig ist, wie sie im Zusammenhang mit der Sonde 1 beschrieben wurde.strict part 12 according to Pig. 1, and the housing includes said elements by suitable terminations 32, which may consist of a dielectric such as lucite, epoxy or the like, at one end, as shown, while the other end 34 forms part of the housing 28 one piece with it. Appropriate electrical connections at 36 and 38 are connected to external means 40 for applying or receiving electrical signals from element JO. The workpiece 42 shown in FIG. 2 can correspond in type and construction to the workpiece as shown in FIG. 1 and as described above. The support surface 44 on the closure part 32 of the probe 3 can be on the upper surface of the workpiece k2. are present, as shown in FIG. 2, without the need for a liquid connection, as has been described in connection with the probe 1.

Fig. 3 zeigt typische Inspektionsergebnisse bei der Verwendung des neuartigen Gerätes bei Überprüfung eines Werkstückes 3C von verhältnismässig dünnwandigem Aufbau mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Bestandteilen, wobei diese Verbindung mit Hilfe von Klebstoff erfolgt oder durch mechanisch verbundene Verbindungsstellen oder durch intermolekularen Austausch. Das Werkstück 50 umfasst ein Paar im wesentlichen paralleler, im Abstand voneinander liegender Aussenplatten 52 und 54, von denenFig. 3 shows typical inspection results in use of the new device when checking a workpiece 3C of relatively thin-walled construction with a large number of interconnected components, this connection being made with the aid of adhesive or mechanically connected connection points or through intermolecular exchange. The workpiece 50 comprises a pair of substantially parallel, spaced apart outer panels 52 and 54, one of which

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BAD ORfGJNALBAD ORfGJNAL

jede mit ihren inneren sich gegenüberliegenden Oberflächen an Zwischenschichten 56 bzw. 58, etwa durch Löten od. dgl. befestigt sind. Platten oder Lagen 56 und 58 sind mit ihren inneren einander gegenüberliegenden Oben lachen an einem Kern verhältnismässig niedriger Dichte befestigt, der beispielsweise aus Wabenmaterial 60 bestehen kann. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist das Werkstück 50 mehrere strukturelle Fehler von einer Art auf, die bei zusammengesetzten oder komplizierten Werkstücken dünnwandiger Bauart üblich ist. Die in Fig. 3 gezeigten Fehler können als gelöste oder nicht verbundene Stellen gekennzeichnet werden, d.h. Bereiche zwischen miteinander fluchtenden Oberflächen oder zwischen Elementen verschiedener Dichte oder Massengestalt, wie etwa dem Kern und den Zwischenschichten 56 und 58. Die gelösten oder nicht verbundenen Stellen 62 und 66 stellen Bereiche zwischen den fluchtenden Oberflächen der Aussen- und Zwischenschichten 52-58, wie oben beschrieben, dar, während die gelösten oder nicht verbundenen Stellen 64 und 68 Bereiche der Trennung zwischen dem Kernmaterial 60 und den Zwischenschichten 56 und 58 auf jeder Seite davon darstellen. Gelöste oder nicht verbundene Stellen beider Arten können sich daraus ergeben, dass von Anfang an die Bestandteile des Werkstückes nicht sicher miteinander ver bunden wurden als sie während der Herstellung des Werkstückes aneinander angebracht werden sollten, oder sie können aus Fehlern bestehen, die durch Temperatur- odereach with their inner opposite surfaces to intermediate layers 56 and 58, for example by soldering or the like. Are attached. Plates or layers 56 and 58 are fixed with their inner opposite tops to a core of relatively low density, which can consist of honeycomb material 60, for example. As shown in FIG. 3, the workpiece 50 has several structural defects of a type common to compound or complex workpieces of thin-walled construction. The defects shown in FIG. 3 can be characterized as loosened or disconnected locations, that is, areas between aligned surfaces or between elements of different density or bulk shape, such as the core and interlayers 56 and 58. The loosened or disconnected locations 62 and 66 represent areas between the aligned surfaces of the outer and intermediate layers 52-58 as described above, while the loosened or disconnected locations 64 and 68 represent areas of separation between the core material 60 and the intermediate layers 56 and 58 on either side thereof . Dissolved or unconnected bodies of both types can result from the fact that from the beginning, the components of the workpiece not sure ver together tied were as they should be attached to each other during manufacture of the workpiece, or they may consist of errors caused by temperature or

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BAD ORtGINACBAD ORtGINAC

Belastungsbeanspruchungen entstanden sind, die im Gebrauch eines Teiles aufgetreten sind, das ursprünglich fehlerlos hergestellt worden war.Load stresses have arisen that occurred in the use of a part that was originally had been made flawlessly.

Beim Überprüfen des Werkstückes 50, wie in Fig. j5 gezeigt, gemäss den Prinzipien nach der Erfindung wie hierin dargelegt, kann zunächst angenommen werden, dass das Werkstück zu Inspektionszwecken nur an der äusseren Oberfläche 70 der Aussenplatte 52 zugänglich ist und dass entweder die Sonde 1 oder die Sonde 3 verwendet werden können, um die Überprüfung durchzuführen, wobei die Wahl der Sonde von der Grosse, der örtlichen Lage, den Materialeigenschaften und der Massenverteilung der Elemente abhängt, die zusammen das Werkstück bilden. In jedem Falle sind die Ablesungen, die bei der Verwendung des hier beschriebenen Gerätes erzielt werden, illustrierend für jede Stelle im Werkstück durch die Anzeige-instrumente 72-8Ο gezeigt. Die Ablesungen oder Anzeigen, die hier gezeigt sind, sind nur ein Beispiel und stellen keine besonderen oder genauen Werte für jeden einzelnen Fall dar. So zeigt das Anzeigeinstrument 72, das aus einem Milliamperemeter oder einer anderen geeigneten Einrichtung bestehen kann, um Veränderungen in einem elektrischen Signal, wie etwa einem Oszilloskop zu unterscheiden, einen Teil eines Werkstückes 50^ der frei von Fehlern ist, und diese Anzeige würde sich aus der Einstellung der Sonde an einer Stelle ergeben, die senkrechtWhen checking the workpiece 50, as shown in Fig. J5, according to the principles of the invention as set out herein, it can initially be assumed that the workpiece for inspection purposes only on the outer surface 70 the outer plate 52 is accessible and that either the Probe 1 or Probe 3 can be used to perform the verification, choosing the probe from the size, the local position, the material properties and the mass distribution of the elements depends, which together form the workpiece. In any case, the readings are those obtained using the device described here are shown illustratively for each point in the workpiece by the display instruments 72-8Ο. The readings or advertisements shown here are only an example and do not represent any particular or precise values for each individual case. This is how the display instrument shows 72, which may consist of a milliammeter or other suitable device to detect changes in an electrical signal such as an oscilloscope to distinguish a portion of a workpiece 50 ^ the free of errors, and this indication would result from setting the probe at a point that is perpendicular

" 1^ " 209*815/0222 BADORfGiNAt, . " 1 ^" 209 * 815/0222 BADORfGiNAt,.

sifa · 'υ ; ; sifa · 'υ ; ;

unter dem Anzeigeinstrument 72 ausgerichtet ist. Die Bewegung der Sonde an eine Stelle senkrecht ausgerichtet unter dem Anzeigeinstrument 74 in Fig. j5 würde die gelöste oder nicht verbundene Stelle 62 durch eine wesentliche Veränderung der Ableseanzeige zeigen, die illustrierend als Maximum in Fig. J5 gezeigt ist und woraus ersehen -werden könnte, dass die so angezeigte gelöste oder nicht verbundeneis aligned under the display instrument 72. The movement of the probe aligned vertically at a point below the indicating instrument 74 in Fig. j5 would be the detached or disconnected point 62 by a substantial change in the reading display, illustrative is shown as a maximum in Fig. J5 and from which it could be seen that the thus indicated detached or unconnected

~ Stelle nahe an der Oberfläche 70 liegt. In ähnlicher Art und Weise würde die Bewegung der Sonde entlang der Oberfläche 70 ^cI in Ausrichtung mit den Anzeigeinstrümenten 76/78 und 80 verhältnismässig geringere Veränderungen der Ableseanzeige erzeugen, wie durch repräsentative Werte in jedem Falle gezeigt, wodurch die Identifizierung und Lage der gelösten Stellen 64, 66 und 68 möglich gemacht wird. Aus Gründen, die klarer aus der nachstehend gegebenen Beschreibung hervorgehen, stellen die Prüfergebnisse, die als Beispiel in Fig. J gezeigt sind, eine Fähigkeit des~ Location is close to surface 70. In a similar way and way, the movement of the probe along surface 70 ^ cI would be in alignment with the indicating instruments 76/78 and 80 relatively minor changes the readout display as shown by representative values in each case, thereby making the identification and Location of the loosened points 64, 66 and 68 is made possible. For reasons that are more clear from the one given below As will become apparent from the description, the test results shown as an example in Fig. J represent a capability of the

ψ hierin beschriebenen Geräts nach der Erfindung dar, Veränderungen der akustischen Impedanz festzustellen und nicht notwendigerweise absolute Werte der Impedanz. Es ist auch für die Fachleute klar, dass andere Informationsaüazeigeeinrichtungen verwendet werden können, wie etwa Lissajous-Muster auf einer Kathodenstrahlröhre, digitale Anzeigeeinrichtungen usw. anstatt der Messinstrumentablesungen, die unter Hinweis auf Fig. 3> beschrieben wurden. The device according to the invention described herein is capable of determining changes in the acoustic impedance and not necessarily absolute values of the impedance. It will also be apparent to those skilled in the art that other information displays may be used, such as Lissajous patterns on a cathode ray tube, digital displays, etc., in lieu of the meter readings described with reference to FIG. 3>.

In Fig. 4 ist gezeigt, dass das mit 82 bezeichnete Werk-In Fig. 4 it is shown that the work designated by 82

" 14 " 209815/0222" 14 " 209815/0222

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

stück aus einer Vielzahl getrennter Elemente 84 besteht, die durch beliebige geeignete Mittel miteinander verbunden sind, so dass sie einen zusammengesetzten Aufbau oder einen Schichtaufbau bilden, der eine obere Oberfläche 86 und eine untere Oberfläche 88 hat mit unerwünschten Fehlern, wie etwa gelösten oder nicht verbundenen Stellen 90, 92 und 94, wie in der Zeichnung dargestellt. Unter Verwendung der Sonden 1 oder 3 mit dem Flüssigkeitsverbindungssystem, wie oben für jede der Sonden besprochen, sind repräsentative Ablesewerte, die nur das allgemeine Verhältnis zwischen Anzeigen fehlerfreien Aufbaus und die verschiedenen Fehlerbereiche zeigen sollen, in Fig. 4 durch die Anzeigeinstrumentablesungen dargestellt, die mit 96, 98, 100 und 102 bezeichnet sind. Wie oben in Verbindung mit Fig. J angegeben, kann eine Lissajousablesung erzielt werden anstelle der Anzeigeinstrumentablesungen nach Fig. Die Lissajousablesung gestattet eine Bewertung oder Feststellung elektrischer Phasen- und Amplitudenveränderungen als getrennte Aspekte der Signalveränderung, während die Anzeigeinstrumentablesung sowohl die Phasen als auch die Amplitudenveränderungen in einer Anzeige kombinieren. Die Anzeigeinstrumentablesung schafft kein Mittel, um zu erfahren, welcher Parameter sich verändert hat oder wie stark jeder Parameter sich in dem ergebenden Signal verändern kann, wenn die Sonde beispielsweise entlang der Oberfläche 86 verläuft, aber sie schafft ein sehr zufrieden-is comprised of a plurality of separate members 84 interconnected by any suitable means to form a composite structure or layer structure having a top surface 86 and a bottom surface 88 with undesirable defects such as detached or unconnected Positions 90, 92 and 94 as shown in the drawing. Using probes 1 or 3 with the fluid communication system as discussed above for each of the probes, representative readings, intended only to show the general relationship between indications of error-free construction and the various error ranges, are illustrated in FIG. 4 by the gauge readings indicated by 96, 98, 100 and 102 are designated. As indicated above in connection with FIG. J, a Lissajous reading can be obtained in place of the gauge readings of FIG combine one ad. The gauge reading does not provide a means of knowing which parameter has changed, or how much each parameter may change in the resulting signal as the probe passes along surface 86, for example, but it does provide a very satisfactory

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203015/0? 22 BAD ORIGINAL203015/0? 2 2 ORIGINAL BATHROOM

stellendes, einfaches und billiges Verfahren zum Erzielen von Inspektionsangaben in den meisten Fällen.Providing, simple and cheap method of obtaining inspection information in most cases.

Die Einrichtungen, durch die die Sonden 1 oder 3 die endgültigen Daten ergeben, die im Zusammenhang mit Fig. j5 und 4 besprochen wurden, werden nachstehend erläutert. Es ist die Funktion der Sonden und der dazugehörigen Stromkreisbestandteile, Mittel zu schaffen, um die spezifische, akustische Impedanz des Werkstückes zu bestimmen, wie illustrierend in Fig. 1 bis h gezeigt, durch Verwendung einer Stehwelle, die in der Lage ist, akustisch das Werkstück durch seine gesamte Stärke zwischen seinen äusseren Oberflächen zu durchdringen. Der Stehwellendruck an jedem beliebigen gegebenen Punkt kann mathematisch als die Einstellsumme (phasor sum) der übertragenen und reflektierten Wellendrücke ausgedrückt werden, die in entgegengesetzten Richtungen in dem zusammengesetzten Bauteil auf einem einzigen Pfad verlaufen. Der Druck für eine Belastungswelle, die sich durch ein Dämpfungsmedium hindurch fortpflanzt, kann wie folgt dargestellt werden:The means by which probes 1 or 3 provide the final data discussed in connection with Figures 5 and 4 are discussed below. It is the function of the probes and associated circuit components to provide means for determining the specific acoustic impedance of the workpiece, as illustratively shown in Figures 1 through h , by using a standing wave capable of acoustically sounding the workpiece to penetrate through its entire thickness between its outer surfaces. The standing wave pressure at any given point can be expressed mathematically as the phasor sum of the transmitted and reflected wave pressures traveling in opposite directions in the composite component on a single path. The pressure for a load wave propagating through a damping medium can be represented as follows:

sin w (t - -£- )sin w (t - - £ -)

oder durch Umwandeln in eine komplexe Einstellschreibweise (phasor notation): (l)or by converting it into a complex setting notation (phasor notation): (l)

P=Pe Ze ° KZ c '
χ ο
P = Pe Z e ° KZ c '
χ ο

P
χ ο
P.
χ ο

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20981S/022220981S / 0222

BAD- ORIGINALBATHROOM ORIGINAL

Der allgemein dargestellte Ausdruck für den Stehwellendruck:The general expression for the standing wave pressure:

c ' +Pe ο rc '+ Pe ο r

worin P. die übertragene Wellenkomponente darstellt und P die reflektierte Wellenkomponente. Die anderen Symbole werden wie folgt definiert:where P represents the transmitted wave component and P represents the reflected wave component. The other symbols are defined as follows:

P = akustischer Wellendruck am Punkt x, Dyn je cm χ = ein Punkt in einem akustischen Wellenfeld P = akustischer Wellendruck am Bezugspunkt o,-vv*P = acoustic wave pressure at point x, Dyn per cm χ = a point in an acoustic wave field P = acoustic wave pressure at reference point o, - vv *

p Dyn je. cmp Dyn each. cm

e = natürliche (Naperian) logarithmische Basis =e = natural (Naperian) logarithmic base =

2.71828...2.71828 ...

Q. - Koeffizient der akustischen Dämpfung, db je cm Q. - Coefficient of acoustic attenuation, db per cm

j = Einstellbetätiger (phasor operator)j = phasor operator

U) = Winkelgeschwindigkeit, Radiane je Sekunde =» 21Γ f U) = angular velocity, radians per second = »21Γ f

f = akustische Wellenfrequenz in Hertzf = acoustic wave frequency in Hertz

t » Zeit in Sekundent »time in seconds

c = akustische Geschwindigkeit cm je Sekundec = acoustic speed cm per second

2 ρ » akustischer Wellendruck, Dyn je cm2 ρ »acoustic wave pressure, dynes per cm

2 P. » übertragener akustischer Wellendruck, Dyn je cm2 P. »transmitted acoustic wave pressure, dynes per cm

2 P = reflektierter akustischer Wellendruck, Dyn je cm2 P = reflected acoustic wave pressure, dynes per cm

u =» Teilchengeschwindigkeit im akustischen Feld cm je Sekundeu = »particle speed in the acoustic field cm per second

Po β statische Dichte des Mediums, Gramm je cm-5 Po β static density of the medium, grams per cm- 5

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209815/0222209815/0222

σ = bezeichnet teilweise Differenzierungσ = denotes partial differentiation

ρ Z spezifische akustische Impedanz, Gramm je cm - Sek.ρ Z - specific acoustic impedance, grams per cm - sec.

0 = reaktiver Teil von Z„ 0 = reactive part of Z "

= Reflektivitatskonstante (Druckverhältnis) β = Veränderung im Phasenwinkel, Radiane= Reflectivity constant (pressure ratio) β = change in phase angle, radians

λ = akustische Wellenlänge cm d = Entfernung in cmλ = acoustic wavelength cm d = distance in cm

2 Z = chrakteristische Impedanz, Gramm je cm - Sekunde.2 Z = characteristic impedance, grams per cm - second.

Um das akustische Dämpfungsproblem auf ein Minimum zu verringern, das in den zusammengesetzten Werkstücken auftreten kann, ist eine Niederfrequenzstehwelle vorzuziehen und in dem meisten Fällen wesentlich. Die Verwendung von Niederfrequenz im vorstehenden Zusammenhang schaltet im wesentlichen den Dämpfungsausdruck, e "ctx durch die gesamte . Ableitung hindurch aus. Diese nahe Annäherung führt die Gleichung (2) auf die folgende spezialisierte Form zurück:In order to minimize the acoustic attenuation problem that can arise in the assembled workpieces, a low frequency standing wave is preferred and in most cases essential. The use of low frequency in the foregoing context essentially eliminates the attenuation term, e "ctx throughout the derivative. This close approximation reduces equation (2) to the following specialized form:

χ
P - pte ω " C + Pre c ^)
χ
P - p t e ω " C + P r ec ^)

Die Teilchengeschwindigkeit an jedem beliebigen gegebenen Punkt in der Stehwelle ist proportional dem Druck und kann durch das Verhältnis
1
The particle velocity at any given point in the standing wave is proportional to the pressure and can be expressed by the ratio
1

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209815/0222209815/0222

erzielt werden. .be achieved. .

Wenn dies auf die Gleichung (5) angewendet wird, dann • ergibt sichIf this is applied to equation (5) then • surrendered

U=-U = -

U =5U = 5

+ f+ f

' O ' O

Das komplexe Verhältnis von Schall zu Teilchengeschwindigkeit wird als die spezifische akustische Impedanz, Z an jedem beliebigen gegebenen Punkt in der akustischen Übertragungslinie definiert. Die spezifische akustische Impedanz in einer akustischen Übertragungslinie oder in einem Stromkreis ist analog der elektrischen Impedanz in einem elektrischen Stromkreis und wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:The complex relationship of sound to particle speed is called the specific acoustic impedance, Z an defined at any given point in the acoustic transmission line. The specific acoustic impedance in an acoustic transmission line or in a circuit is analogous to the electrical impedance in one electrical circuit and is expressed mathematically as follows:

Zs = Z s =

J(UXJ (UX

j U)Xj U) X

VV - C- C +Pre + P r e cc XX -JuJ x-JuJ x ι3ω.ι3 ω . CC. -Pre - P r e CC.

209815/0222209815/0222

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Zs "Po ° Z s "Po °

Der Poc Teil der Gleichung (6) enthält den resistiven oder wirklichen Teil der Impedanz, während 0 den reaktiven oder imaginären Teil davon darstellt. Da 0 eine akustische Information über die gegenseitige Zwischenwirkung der übertragenen und reflektierten Bestandteile der Stehwelle enthält, wäre es der Impedanzfaktor, der durch EnI ungsveränderungen beeinflusst wird, die irgendwo in der gesamten Tiefe des Werkstückes liegen. Änderungsveränderungen, die Defekte in dem Werkstück anzeigen, verursachen Phasen- und Amplitudenveränderungen in den reflektierten Wellenbestandteilen. Es ist notwendig, relative Phasen und Amplitudenänderungen in Betracht zu ziehen und einen Unterschied zwischen ihnen zu machen, die auftreten, wenn eine Welle von einem Beendigungspunkt oder einer Endstelle zurückgeworfen wird. Die Amplitude kann ausgedrückt werden als Pr -2«. und dieThe P o c part of equation (6) contains the resistive or real part of the impedance, while 0 represents the reactive or imaginary part of it. Since 0 contains acoustical information about the mutual interaction of the transmitted and reflected components of the standing wave, it would be the impedance factor that is influenced by changes in the voltage that lie somewhere in the entire depth of the workpiece. Change changes, which indicate defects in the workpiece, cause phase and amplitude changes in the reflected wave components. It is necessary to take into account, and distinguish between, relative phases and amplitude changes that occur when a wave is reflected back from a termination point or an end point. The amplitude can be expressed as P r -2 «. and the

Phasenverschiebung kann ausgedrückt v/erden als -e . Der sich daraus ergebende allgemeine Ausdruck für 0 wirdPhase shift can be expressed as -e. The resulting general expression for 0 becomes

Λ + jß + jkd -Äo - j/9 - jkd Λ + jß + jkd -Ä o - j / 9 - jkd

0= !_! If (7)0 =! _! If (7)

h jkd _ -α - jß -h jkd _ -α - jß -

worin d der Abstand zwischen dem Ende und dem Punkt der Impedanzmessung ist und k - ^- - ^-J-. Die mathematischewhere d is the distance between the end and the point of impedance measurement and k - ^ - - ^ -J-. The mathematical one

J.J.

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209815/0222209815/0222

Überprüfung der Gleichung (7) zeigt, dass diese exponentiell Fraktion eine hyperbolische Tangente in folgender Art und Weise definiert:Checking equation (7) shows that this is exponential Fraction defines a hyperbolic tangent in the following way:

0 = tanh 0 = tanh

*o ♦ y (/* o ♦ y (/

(8)(8th)

Der allgemeine Ausdruck für die spezifische akustische Impedanz entlang der Übertragungsleitung einer Stehwelle ist:The general expression for the specific acoustic impedance along the transmission line of a standing wave is:

Zs = Z s =

fcanhfcanh

(9)(9)

Die Gleichung (8) definiert das Verhalten der Impedanz für eine flache Sinuswelle, die sich durch ein Medium fortpflanzt, das vernachlässigenswerten Dämpfungsverlust zeigt. Im Zusammenhang mit dem hierin beschriebenen Gerät nach der Erfindung wird angenommen, dass die Dämpfungsverluste in den zusammengesetzten Werkstücken von dünnwandiger Bauweise oder Schichtaufbauten aus dünnen Elementen, wie beispielsweise in Pig. 3 und 4 gezeigt, bei niederen Frequenzen relativ klein sind und diese Annahme wird durch die erfolgreichen Ergebnisse bewiesen, die mit derartigen Geräten erzielt werden. Die spezifische akustische Impedanz, die eine Wechselwirkung zwischen Schalldruck und Teilchengeschwindig keit mit sich bringt, ist im wesentlichen ein Mass je Zyklus verstreuter mechanischer Energie. Equation (8) defines the impedance behavior for a flat sine wave propagating through a medium exhibiting negligible loss of attenuation. In connection with the device according to the invention described here, it is assumed that the damping losses in the assembled workpieces of thin-walled construction or layer structures of thin elements, such as in Pig. 3 and 4 are relatively small at lower frequencies and this assumption is proven by the successful results obtained with such devices. The specific acoustic impedance, which brings about an interaction between sound pressure and particle speed , is essentially a measure of mechanical energy scattered per cycle.

Es ist ein bedeutsames Merkmal des beschriebenen erfinderischenIt is a significant feature of the inventive concept described

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20981S/022220981S / 0222

S?S?

Gedankens, dass ein piezoelektrischer V/andler kleinen Durchmessers in Kombination mit der elektrischen Stromkreiseinrichtung, wie hierin beschrieben, in der Lage ist, die spezifische akustische Impedanz zu messen. Die Impedanz der Werkstuekmasse wird als eine Wandlerladungsimpedanz abgefühlt. Durch elektroakustische Wandlung werden die akustischen BelastungsWirkungen in elektrischer Impedanz ausgedrückt gemessen. Die vorstehend besprochene Theorie gestattet ein Testen der gesamten Werkstückrnasse von nur einer Oberfläche her durch die Veränderung der elektrischen Impedanz, die sich aus Materialfehlern der obenerwähnten Art ergibt. Die Hauptanforderung bei der praktischen Durchführung des Verfahrens basierend auf der vorstehenden Theorie ist, dass die Frequenz des Anfangssignals genügend niedrig sein muss, um die Dämpfung auf ein Minimum zu bringen und so zu einer Stehwelle führt, die zwischen den äusseren Oberflächen oder quer durch die verschiedenen Grenzflächen des Werkstückes gebildet wird, das überprüft werden soll. Diese Wirkung der minimalen Dämpfung gestattet, dass der reaktive oder imaginäre Teil der Impedanz ausgedrückt als: Idea that a small diameter piezoelectric transducer in combination with the electrical circuit means as described herein is capable of measuring the specific acoustic impedance. The workpiece ground impedance is sensed as a converter charge impedance. By means of electroacoustic conversion, the acoustic stress effects are measured in terms of electrical impedance. The theory discussed above permits testing of the entire workpiece mass from just one surface by changing the electrical impedance resulting from material defects of the type mentioned above. The main requirement in the practical implementation of the method based on the above theory is that the frequency of the initial signal must be sufficiently low to bring the attenuation to a minimum and thus lead to a standing wave that travels between the outer surfaces or across the various Boundaries of the workpiece is formed that is to be checked. This minimal attenuation effect allows the reactive or imaginary part of the impedance to be expressed as:

tanhtanh

iß+ 2jT_d_ )iß + 2jT_d_)

(10)(10)

wirksam wird. Als Ergebnis ist jegliche Endveränderung, wie sie durch gelöste oder nicht verbundene Stellen in dem obenbeschriebenen Zusammenhang erzeugt wird, irgend wo innerhalb des Aufbaus feststellbar, der von der Stehwelle takes effect. As a result, any end change, such as that produced by loosened or disconnected points in the context described above, is detectable anywhere within the structure, that of the standing wave

" 22 " 209815/0222" 22 " 209815/0222

BAD ORIGINAL ;ίΛ BAD ORIGINAL ; ίΛ

durchdrungen wird. Die Gleichung (8) zeigt, dass Z periodisch als eine Punktion von entweder dem Endabstand d oder der akustischen Wellenlänge schwankt. Die akustische Impedanz verläuft zyklusmässig durch den gleichen Satz von Werten für jede Halblängenänderung in der Endentfernung (unter Vernachlässigung der Dämpfung), wodurch bewirkt wird, dass der gleiche Impedanzwert für mehr als eine Endentfernung innerhalb eines Werkstückes auftritt. Dieser unerwünschte Zustand kann jedoch durch eine solche Frequenzwahl ausgeschaltet werden, dass die Verflechtung der Impedanzwerte nicht stattfindet oder nicht in einer Inspektionsebene auftritt. Die periodische Natur der akustischen Impedanz kann dann als ein klarer Vorteil wirken zum Anzeigen der relativen Entfernung zwischen der Testoberfläche, wie etwa der Oberfläche 70 in Fig. j5 und dem Fehler, wie etwa der gelösten oder nicht verbundenen Stelle 68 in der gleichen Figur. Die Fehlerempfindlichkeit kann durch kleinere Verstellungen in der Frequenz oder Phase und unter Verwendung gewisser Testbezugsstandards erhöht werden.is penetrated. Equation (8) shows that Z is periodic as a puncture from either the end distance d or the acoustic wavelength fluctuates. The acoustic impedance cycles through the same Set of values for each half-length change in the end distance (neglecting attenuation), whereby causing the same impedance value to occur for more than one end distance within a workpiece. This undesirable condition can, however, be switched off by selecting a frequency in such a way that the entanglement the impedance value does not take place or does not occur in an inspection level. The periodic nature of the acoustic impedance can then act as a clear benefit for indicating the relative distance between the test surface, such as surface 70 in Figure j5 and the defect such as the loosened or disconnected spot 68 in the same figure. The susceptibility to errors can be achieved by making minor adjustments in frequency or phase and using certain test reference standards increase.

Wenn ein Werkstück der obenbeschriebenen Art, wie etwa ein mit Klebstoff verbundenes Wabenmaterial mit hohen Frequenzen durch Impedanz getestet wird, wird eine angemessene Energieübertragung ernsthaft behindert. Das verbietet eine zufriedenstellende Stehwellenbildung durchWhen a workpiece of the type described above, such as an adhesive bonded honeycomb material , is impedance tested at high frequencies, adequate energy transfer is severely hampered. This prohibits a satisfactory standing wave formation

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209815/0222209815/0222

BAD ORfGfNALBAD ORfGfNAL

das gesamte Werkstück hindurch, mit dem Ergebnis, dass der Test nur Informationen gibt, die sich auf die Verbindungsgrenzfläche in der Nähe ergeben, wobei diese nahe Seite die einzige Oberfläche ist, die zugänglich für Inspektionszwecke ist, wie durch die Oberfläche 70 in Fig. J> illustrierend dargestellt. Wenn eine Anwendung bei hochgradig dämpfenden Schichtaufbauten, wie etwa agglomeriertem Kork, Gläsfasern oder Gummischichten erfolgt, kann es sein, dass die Schallenergie sich niemals durch das Werkstück hindurch zu der Verbindungsgrenzfläche fortpflanzt und normalerweise tut sie es auch nicht. Wenn die Welle nicht von der verbundenen Grenzfläche reflektiert wird, ist keine Anzeige des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer richtigen Verbindung erzielbar. Wenn dieser Zustand mathematisch als Gleichung (6) ausgedrückt wird und festgestellt wird, dass Pr = 0, dann ergibt sichthe entire workpiece therethrough, with the result that the test is only information that arise on the joint interface in the vicinity, said near side is the only surface that is accessible for inspection purposes, such as by the surface 70 in FIG. J > illustrated. When applied to highly dampening layer structures such as agglomerated cork, fiberglass or rubber sheets, the acoustic energy may never and normally does not propagate through the workpiece to the joint interface. If the wave is not reflected from the bonded interface, no indication of the presence or absence of a proper bond is obtainable. If this condition is expressed mathematically as equation (6) and it is found that P r = 0, then it results

- 0- 0

zs = roc, 0 = 1 (12)z s = r o c, 0 = 1 (12)

Das bedeutet, dass ein freier Wellenzustand (d.h. ohne Grenzbedingungen) vorhanden ist und dass die Schallenergie nur in einen reinen Widerstand abgestrahlt wird. Die reaktive oder imaginäre Komponente von 0 ist nicht vorhanden.This means that there is a free wave state (ie without boundary conditions) and that the sound energy is only radiated in a pure resistance. The reactive or imaginary component of 0 is absent.

~ 24 -~ 24 -

20981S/022220981S / 0222

Dieser Spezialfall von Z^ wird als die charakteristische Impedanz für ein Material definiert, mathematisch ausgedrückt als:This special case of Z ^ is called the characteristic Impedance defined for a material, expressed mathematically as:

Zc = P oc Z c = P o c

Zusammenfassend umfasst das theoretische Vorgehen wie oben abgeleitet,und das die Basis für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens, wie hierin beschrieben, bildet, das Messen der spezifischen akustischen Impedanz über die gesamte Stärke des Werkstückes und nicht der charakteristischen Impedanz. Fehler, wie etwa gelöste oder nicht verbunden Stellen, wie beispielsweise in Fig. 3 und 4 gezeigt, die irgendwo durch die gesamte Stärke des Werkstückes örtlich festgestellt werden, wirken als akustische Endstellen und verändern so den Impedanzwert. Die Benutzung niederer Frequenzen für das Anfangssignal im Gerät wie hierin beschrieben, ist ein Schlüsselfaktor zum Erreichen des notwendigen Impedanzansprechens einschliesslich des neuartigen Ergebnisses der Erfindung in diesem Falle. Eine piezoelektrische Sonde,wie etwa die Sonde J5, die mit einem geeigneten elektrischen Stromkreis gekuppelt ist, wie in Fig. 5 bis 9 vorgeschlagen, wird verwendet, um die erforderliche akustische Stehwelle zu erzeugen und um gleichzeitig die sich ergebende Impedanz zu überwachen. Wie vorstehend dargelegt, umfasst das so erzielte Inspektionsergebnis nur die Fähigkeit, akustische Irapedanzänderungen oder Abwandlungen festzustel-In summary, the theoretical procedure as derived above, and which forms the basis for a successful implementation of the method as described herein, comprises measuring the specific acoustic impedance over the entire thickness of the workpiece and not the characteristic impedance. Defects, such as loosened or disconnected points, as shown for example in FIGS. 3 and 4, which are locally detected somewhere through the entire thickness of the workpiece, act as acoustic end points and thus change the impedance value. The use of lower frequencies for the initial signal in the device as described herein is a key factor in achieving the necessary impedance response, including the novel result of the invention in this case. A piezoelectric probe, such as probe J5, coupled to suitable electrical circuitry as suggested in Figures 5 through 9 is used to generate the required acoustic standing wave and, at the same time, to monitor the resulting impedance. As explained above, the inspection result obtained in this way only includes the ability to detect acoustic irapedance changes or modifications.

- 25 - "209615/0222- 25 - "209615/0222

BAD ORIGJNAtBAD ORIGJNAt

len und nicht notwendigerweise absolute Werte.len and not necessarily absolute values.

Unter Hinweis auf Fig. 5 bis 9 ist gezeigt, dass mehrere verschiedene elektronische Stromkreise in Kombination mit den Sonden 1 oder 3 verwendet werden können, um das hier beschriebene Verfahren nach der Erfindung praktisch durchzuführen. So zeigt beispielsweise Fig. 6, dass die Sonde mit einem Brückenstromkreis 110 verbunden ist, der eine beliebige -von verschiedenen Formen annehmen kann, die im Stande der Technik allgemein bekannt sind und wovon eine in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn das Element ^O in der Sonde 3 ein magnet ostriktives Element ist, ist der Brückenstromkreis 110 von der üblichen Widerstands-Induktanzart und wenn das Element j50 ein piezoelektrisches Element ist, ist der Brückenstromkreis 110 von üblicher Widerstands-Kondensatorart, wie in Fig. 9 gezeigt. In dem Stromkreis, wie er durch Fig. 6 gezeigt ist, liefert die Kraftquelle 112 ein elektrisches Signal zum Oszillator 114, der eine beliebige von zahlreichen verschiedenen, den Fachleuten bekannten Formen annehmen kann und lediglich arbeitet, um ein Signal von geeigneter niederer Frequenz und geeigneter Amplitude zur
Erregung der Sonde zu schaffen. Das Signal vom Oszillator 114 wird der Sonde durch den Brüakenstromkreis 110 zugeführt, der auch ein Ansprechen von der Sonde empfängt und funktioniert,um einen Vergleich der Sonden-Eingangs- und Ausgangssignale zu schaffen und die sich daraus ergebende
With reference to FIGS. 5 to 9 it is shown that several different electronic circuits can be used in combination with the probes 1 or 3 in order to carry out the method according to the invention described here in practice. For example, FIG. 6 shows that the probe is connected to a bridge circuit 110 which may take any of several forms well known in the art, one of which is shown in FIG. When the element ^ O in the probe 3 is a magnetostrictive element, the bridge circuit 110 is of the usual resistance-inductance type, and when the element j50 is a piezoelectric element, the bridge circuit 110 is of the usual resistance-capacitor type, as in Fig. 9 shown. In the circuit as shown by FIG Amplitude for
To create excitation of the probe. The signal from oscillator 114 is fed to the probe through bridge circuit 110 which also receives a response from the probe and functions to provide a comparison of the probe input and output signals and the resulting comparison

209815/0222209815/0222

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BADORiGlNALBADORiGlNAL

Resultierende dem Verstärker 116 zuzuleiten. Der Verstärker 116 kann eine beliebige zahlreicher, im Stande der Technik wohlbekannter Formen annehmen und arbeitet lediglich, um ein Signal von genügender Stärke zu schaffen, um zu gestatten, dass Signalveränderungen durch geeignete Datenanzeigeeinrichtungen beobachtet werden können, wie etwa den Milliamperemeter 118 od. dgl.The resultant to be fed to the amplifier 116. The amplifier 116 can take any of numerous forms well known in the art and operates merely to create a signal of sufficient strength to allow signal changes by appropriate Data display devices can be observed, such as the milliammeter 118 or the like.

Unter Hinweis auf Fig. 5 ist gezeigt, dass der Oszillator 114 mit dem Element 30 einer Sonde verbunden ist, die einen zusätzlichen Kristall oder ein magnetostriktives Element 134 aufweist, das strukturell festgelegt oder in anderer Art und Weise mit dem Element 30 verbunden ist, so dass beide Teile 30 und 134 gemeinsam vibrieren. So wird der Ausgang vom Element 134 durch den Verstärkerstromkreis 136 in die Signalquelle 114 geleitet, um das Eingangssignal zum Element 30 zu verändern, wie es durch geeignete Mittel, wie etwa den Milliamperemeter II8, festgestellt wird. Stromänderungen, die vom Milliamperemeter II8 angezeigt werden, können benutzt werden, um Änderungen in der Belastung am Kristall 30 festzustellen, die sich aus gelösten oder nicht verbundenen Stellen in einem arbeitsmässig verbundenen Werkstück ergeben. Je nach den Kristallmerkmalen und den akustischen Eigenschaften des Werkstückes zusammen mit Betriebswerten der elektrischen Bestandteile, die in dem Stromkreis nach Fig. 5Referring to Fig. 5, it is shown that the oscillator 114 is connected to the element 30 of a probe which has an additional crystal or a magnetostrictive element 134, which is structurally defined or otherwise Manner is connected to the element 30, so that both parts 30 and 134 vibrate together. This is how the Output from element 134 through the amplifier circuit 136 is passed into the signal source 114 to the input signal to element 30 as determined by suitable means such as the II8 milliammeter will. Changes in current indicated by the II8 milliammeter can be used to record changes in determine the stress on the crystal 30, which results from loosened or disconnected points in one result in a work-related workpiece. Depending on the crystal features and the acoustic properties of the workpiece together with operational values of the electrical ones Components that are in the circuit of FIG

" 27 " 209815/0222" 27 " 209815/0222

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

verwendet werden, kann die so gezeigte Anordnung genügen, um nützliche Anzeigen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Werkstückdefekten vom Messinstrument 118 zu erzielen, ohne die Verwendung eines Brückenstromkreises.are used, the arrangement shown in this way can suffice, to provide useful indications of the presence or absence of workpiece defects from the gauge 118 without the use of a bridge circuit.

Das in Fig. 7 gezeigte Diagramm stellt eine weitere illustrierende Ausführungsform einer Einrichtung dar, um das Verfahren nach der Erfindung durchzuführen unter Verwendung eines fm-Signalgenerators, der so beschaffen ist, dass er ein geeignetes Niederfrequenzsignal zuder Sonde J> leitet, und zwar durch das selbstausgleichende Brückenschaltnetz 122, dessen Ausgang einem Detektor und Ablesevorrichtung 124 zugeleitet wird, die eine beliebige verschiedener geeigneter Formen hat, die den Fachleuten allgemein bekannt sind.The diagram shown in Fig. 7 represents a further illustrative embodiment of a device for carrying out the method according to the invention using an fm signal generator adapted to pass an appropriate low frequency signal to the probe J> through the self-balancing bridge switching network 122, the output of which is passed to a detector and reader 124, which can take any of several suitable forms well known to those skilled in the art.

Fig. 8 zeigt die Sonden und Oszillatoranordnung, wie sie durch Fig. 5 dargestellt wird und die mit 126 bezeichnet ist, verbunden mit einem veränderlichen Filter 128 und Verstärker I30 zu der Ablesevorrichtung 132, die aus einem Messinstrument oder einer Kathodenstrahlröhre bestehen kann, alles wie im einzelnen vorstehend beschrieben.FIG. 8 shows the probe and oscillator arrangement as represented by FIG. 5 and denoted by 126 is connected to a variable filter 128 and amplifier I30 to the reading device 132 which consists of a measuring instrument or a cathode ray tube, all as described in detail above.

Unter Hinweis auf Fig. 9 kann eine Ausführungsform eines Brückenstromkreises 110, der sich beispielsweise zur Verwendung im Stromkreis der Fig. 6 eignet, die gezeigteReferring to FIG. 9, one embodiment may include a Bridge circuit 110, which is suitable, for example, for use in the circuit of FIG. 6, the one shown

- 28 -- 28 -

209815/0222209815/0222

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Form annehmen. Dieser Stromkreis wird unter Verwendung der folgenden Symbole beschrieben:Take shape. This circuit is described using the following symbols:

W1 ist die Transformatorwicklung der Klemmen 5-6 des Transformators T1.W 1 is the transformer winding of terminals 5-6 of transformer T 1 .

W2 ist die Transformatorwicklung zwischen den Klemmen 7 und 8 des Transformators T1.W 2 is the transformer winding between terminals 7 and 8 of transformer T 1 .

Ep ist die Brückenerregerspannung in den Wp Wicklungen.Ep is the bridge excitation voltage in the Wp windings.

E1 ist die Brückenerregerspannung in den W, Wicklungen".E 1 is the bridge excitation voltage in the W, windings ".

Z1 ist die Impedanz, bestehend aus Rw + fL· + R,_ parallel mit der Impedanz der Kondensatoren Cp + S2. +S^, wobei der Schalter S, sich in der Stellung B befindet. Der Widerstand und die Kapazitanz, die durch diese Impedanz geliefert werden, sind beide veränderlich, so dass die Impedanz von Zp angepasst werden kann, um die Brücke auszugleichen und die Spannung bei Rg auf 0 zu bringen. Sollte die Sonde J5 leitend werden, wird der Schalter S-, bei A so gestellt, dass die Impedanz Sh und Sj- zur Sonde geleitet werden, um einen Brückenausgleich möglich zu machen.Z 1 is the impedance, consisting of Rw + fL · + R, _ in parallel with the impedance of the capacitors Cp + S 2 . + S ^, where the switch S, is in position B. The resistance and capacitance provided by this impedance are both variable so the impedance of Zp can be adjusted to balance the bridge and bring the voltage at Rg to zero. Should probe J5 become conductive, switch S- at A is set in such a way that the impedance Sh and Sj- are conducted to the probe in order to make a bridge compensation possible.

Z2 ist die Impedanz, die aus den Widerständen R1 + R2 parallel mit der Sonde 3 besteht, wobei der Schalter S, sich in der Stellung B befindet. Sollte die Sonde 3 induktiv werden, wird der Schalter S5 in die Stellung A gebracht,Z 2 is the impedance, which consists of the resistors R 1 + R 2 in parallel with the probe 3, the switch S, being in position B. Should the probe 3 become inductive, the switch S 5 is set to position A,

- 29 - 20981S/0222- 29 - 20981S / 0222

wodurch die Impedanzen S2, und S dann parallel bei Z2 erscheinen und so zu einer neuen Impedanz Z'? werden.whereby the impedances S 2 , and S then appear in parallel at Z 2 and thus to a new impedance Z ' ? will.

ZQA ist die Impedanz der Brücke in den Endklemmen 0 und A, wobei der Widerstand Rg aus dem Stromkreis entfernt ist.Z QA is the impedance of the bridge in end terminals 0 and A, with resistor Rg removed from the circuit.

ER ist die Signalspannung, die im Widerstand Rg entwickelt wird.E R is the signal voltage developed in resistor Rg.

Rg ist die Brückenbelastung über die die Brückenunbalancespannung gemessen werden kann.Rg is the bridge load over which the bridge unbalance voltage can be measured.

Su ist eine Dekade von 100 Millimikrofaradkondensatoren. Su is a decade of 100 millimicrofarad capacitors.

Sn- ist eine Dekade von 1000 Millimikrofaradkondensatoren. D S n - is a decade of 1000 millimicrofarad capacitors. D.

Sp ist ein Schalter, der verwendet wird, um die Werte der resistiven Elemente bei Z, und Zp zu laden. Die WiderständeSp is a switch that is used to change the values of the load resistive elements at Z, and Zp. The resistances

R1 und Rr- werden von diesem Schalter entfernt. 15R 1 and Rr- are removed from this switch. 15th

t R1 und Rr- Ψ 15t R 1 and Rr- Ψ 15

Z ist die Veränderung in der Impedanz des Brückenschenkels Z2 infolge der Sondenstörung, die durch Fehler in dem überprüften Material verursacht wird.Z is the change in the impedance of the bridge leg Z 2 as a result of the probe disturbance, which is caused by errors in the tested material.

Unter Hinweis auf die obigen Symbole ist klar, dass der Zustand offenen Stromkreises wie folgt dargestellt werden kann:With reference to the symbols above, it should be understood that the open circuit condition is represented as follows can:

- 30 -- 30 -

209815/0222209815/0222

E0A E 0A

Offener StromkreisOpen circuit

ζ +λζζ + λζ

2Z1 Zl + Z2 Daraus können die folgenden Verhältnisse abgeleitet werden: 2Z 1 Z l + Z 2 The following relationships can be derived from this:

E=E R rj AZ . R r^j 2AZR R OA R + Z0A Z1 + Z2 R + Z1 (Z1 + Z2)(2RE = E R r j AZ . R r ^ j 2AZR R OA R + Z 0A Z 1 + Z 2 R + Z 1 (Z 1 + Z 2 ) (2R

( 16)(16)

2AZR Λ ZR2AZR Λ ZR

(2R + Z2 ) Z2 (2R(2R + Z 2 ) Z 2 (2R

Das so durch Pig. 9 dargestellte und vorstehend beschriebene Verhältnis kann so beschrieben werden, dass es einen Wandler 5 umfasst, der mit einem Schenkel der Brücke verbunden ist, während eine Blindlast, die durch C2, S^ und S^ dargestellt wird, mit dem anderen Schenkel der Brücke verbunden ist. Die Blindlast wird durch Handeinstellung ausgeglichen, um einen ausgeglichenen Brückenzustand zu erreichen, wobei die Sonde im Betrieb mit einem fehlerfreien Teil des Werkstückes im Arbeiteverhältnis steht. Danach werden ünbalancesignale von der Leitung I58 erzielt, wenn die akustische Belastung auf dem Element 30 in der Sonde j5 verändertwird, wie etwa durch eine gelöste oder nicht verbundene Stelle.That through Pig. 9 and described above can be described as comprising a transducer 5 connected to one leg of the bridge, while a reactive load, represented by C 2 , S ^ and S ^ , is connected to the other leg of the bridge connected is. The reactive load is balanced by manual adjustment in order to achieve a balanced bridge condition, the probe being in working relationship with a fault-free part of the workpiece during operation. Thereafter, imbalance signals are obtained from line I58 when the acoustic load on element 30 in probe j5 is changed, such as by a loosened or disconnected spot.

-3l " 209815/0222-3 l "209815/0222

Unter Hinweis auf das Gesamtbetriebsverhältnis zwischen den obenbeschriebenen Teilen ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass eine spezifische akustische Impedanz für die gesamte Querschnittsstärke des Werkstückes durch den erfindersichen Gedanken geliefert wird. Das bedeutet, dass eine genügend niedere Frequenz verwendet werden muss, um im wesentlichen die gesamte Dämpfung auszuschalten und so eine Stehwelle bedeutender Amplitude in der gesamten Werkstückquerschnittsstärke oder dem Teil davon zu erzeugen, der überprüft werden soll. Relativ hohe Prequenzsignale, wie sie üblicherweise verwendet werden, um eine charakteristische akustische Impedanz zu bestimmen, können keine Stehwelle der Art schaffen, wie sie zur Ausführung des erfinderischen Verfahrens, wie hierin beschrieben, notwendig ist. Ausserdem macht ein erfolgreiches Arbeiten mit dem Verfahren nach der Erfindung, wie hierin beschrieben, eine sorgfältige Auswahl des Wandlers notwendig, um die nötigen Leistungsmerkmale zu erzielen, um ein geeignetes Stehwellenmuster zu erreichen. So drücken einige Kristalle oder piezoelektrische Elemente, wenn ihnen ein elektrischer Strom zugeführt wird, sich senkrecht zusammen, einige verziehen sich seitlich, andere verändern ihre Dimension in anderen symmetrischen oder nichtsymmetrischen Arten, abhängig von der anfänglichen Form, Bauweise, Material oder Montage, die verwendet wird, ,um das Element in einer Sonde zu halten. Es ist klar, dass der so gewählte Wandler umHaving regard to the overall working relationship between the parts described above, it is important to point out that a specific acoustic impedance for the entire cross-sectional thickness of the workpiece through the inventive thought is delivered. It means that a sufficiently low frequency must be used to to switch off essentially the entire damping and thus a standing wave of significant amplitude in the entire cross-sectional thickness of the workpiece or the part of it that is to be checked. Relatively high frequency signals, as they are commonly used to create a characteristic Determining acoustic impedance cannot create a standing wave of the kind used to run the inventive method as described herein is necessary. In addition, a successful work participates the method according to the invention as described herein, a careful selection of the transducer is necessary in order to achieve the to achieve the necessary performance characteristics in order to achieve a suitable standing wave pattern. So press some crystals or piezoelectric elements, when an electric current is supplied to them, collapse perpendicularly, some warping sideways, others change their dimensions in other symmetrical or non-symmetrical ways, depending from the initial shape, construction, material, or assembly that is used to make the element in a probe to keep. It is clear that the converter so chosen is around

- 32 -- 32 -

209815/0222209815/0222

eine Stehwelle für die praktische Durchführung der neuen Methode nach der Erfindung zu erzeugen und die Energiesignalmerkmale, die im Zusammenhang damit verwendet werden, so gewählt werden, dass Fehler der gesuchten Art die spezifische akustische Impedanz, die in der Belastung eines solchen Wandlers widergespiegelt wird, bedeutsam verändern.generate a standing wave for the practical implementation of the new method according to the invention and the energy signal characteristics, which are used in connection with it, are chosen in such a way that errors of the type sought are specific significantly change acoustic impedance, which is reflected in the loading of such a transducer.

Die Arbeitsweise des Geräts kann wie folgt beschrieben werden:The operation of the device can be described as follows:

Während das Verfahren und der Aufbau, wie oben beschrieben, zur Überprüfung von vielen verschiedenen Werkstückformen ' und für verschiedene Zwecke verwendet werden kann, wird ihre Arbeitsweise im Zusammenhang mit Werkstücken von der Art leichter Platten beschrieben, wie sie in Fig. 1 und 2 zur Illustration gezeigt sind. Die Überprüfung beginnt notwendigerweise mit der Kalibrierung des Systems, das beliebige der Formen annehmen kann, wie sie in Fig. 6,7 oder 8 gezeigt sind und illustrierend im Zusammenhang mit der Form beschrieben wird, die in Fig. 6 gezeigt ist. Die erforderliche Kalibrierung beginnt mit der Herstellung einer geeigneten Verbindung zwischen der Sonde und dem Werkswüuk, wie etwa durch Eintauchen beider in eine Flüssigkeit im Falle der Sonde 1 oder durch InberUhrungbringen der Sonde direkt mit dem Werkstück, das mit einem leichten flüssigen Verbindungsfilm überzogen wird, wie etwa Glyzerol, im Falle der Sonde J. In jedem Falle muss eine anfänglicheWhile the method and structure as described above are used to check many different workpiece shapes' and can be used for various purposes, its operation in relation to workpieces is influenced by the Type of lightweight plates described, as shown in Figs. 1 and 2 for illustration. The review necessarily begins with the calibration of the system, which may take any of the forms shown in Figs. 6,7 or 8 and illustratively described in connection with the shape shown in FIG. the required calibration begins with making a suitable connection between the probe and the Werkswüuk, such as by immersing both in a liquid in the case of probe 1 or by bringing the probe directly into contact with the workpiece, with a slight liquid compound film is coated, such as glycerol, in the case of probe J. In any case, an initial

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' 209815/0222'209815/0222

BAD ORfGINALBAD ORfGINAL

Ablesung von dem System bezüglich eines Bereiches des V/erkstückes erzielt werden, das im wesentlichen frei von Defekten oder in anderer Weise strukturell annehmbar ist. Danach werden defekte Bereiche des gleichen Werkstückes durch Veränderungen in den Ableseergebnissen festgestellt, die stark von der anfänglichen Kalibrierungsanzeige abweisen. Wie oben festgestellt, ist das hierin beschriebene System nicht in fc erster Linie dazu bestimmt, absolute Vierte mechanischer Impedanz zu messen, sondern nur relative Anzeigen zu schaffen, deren Bewertung von Seiten des Bedienungsmannes eine gewisse Erfahrung erfordert. Wandlerfrequenzen im Bereich von 2,5 bis 80 Kdlohertz haben sich als nützlich bei der Überprüfung von Werkstücken der vorstehend beschriebenen Art erwiesen, einschliesslieh gelöteter Verbindungen zwischen den Aussenplatten, Kernquerschnitten und Zwischenlagen. Da die Prüfungsergebnisse in weitgehendem Ausmass von der Tatsache abhängen, dass nur ein bedeutsamer Faktor für jede Ablesung verändert wird, während alle anderen Faktoren konstant gehalten werden, ist es bedeutsam, dass der gleiche Wandler und die Betriebsfaktoren, einschliesslich elektrischer Signalkontinuität und Übertragungswirksamkeit der Sonde auf die Werkstückverbindung während der ganzen relativen Bewegung des Wandlers über die Werkstückoberfläche aufrecht erhalten wird.Reading from the system on an area of the connector which is substantially free of defects or otherwise structurally acceptable. After that will be Defective areas of the same workpiece identified by changes in the reading results that are greatly affected by reject the initial calibration display. As stated above, the system described herein is not in fc primarily intended to measure absolute fourth mechanical impedance, but only to provide relative readings, whose evaluation on the part of the operator requires a certain amount of experience. Converter frequencies in the range from 2.5 to 80 Kdlohertz have been found to be useful in inspecting workpieces of the type described above Proven type, including soldered connections between the outer panels, core cross-sections and intermediate layers. Since the test results to a large extent depend on the fact that only one significant factor is changed for each reading while all of the others Factors are kept constant, it is significant that the same transducer and the operating factors, including electrical signal continuity and transmission efficiency of the probe to the workpiece connection during the total relative movement of the transducer over the workpiece surface is maintained.

Während die Einzelbestandteile des Gesamtsystems, wie esWhile the individual components of the overall system like it

"34" 209815/0222" 34 " 209815/0222

BAD itBAD it

in Pig. 5 bis 9 dieses Falles beschrieben ist, im Stande der Technik bekannt sind und viele verschiedene Formen in der praktischen Ausführung der Erfindung annehmen kann, ist es die genaue Kombination solcher Bestandteile in dem vorstehend gezeigten und nachstehend beanspruchten Verhältnis, von der das Erreichen der Ziele der Erfindung abhängt. Demgemäss sind die bauliche Kombination und das hierin beschriebene Verfahren lediglich als Illustration gedacht und könnten verändert und abgewandelt werden, um die gleichen Ziele zu erreichen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachstehenden Ansprüchen gezogen ist.in Pig. 5 to 9 of this case is able to are known in the art and may take many different forms in the practice of the invention, it is the exact combination of such components in the proportions shown above and claimed below, on which the achievement of the objects of the invention depends. Accordingly, the structural combination and that Methods described herein are intended as an illustration only and could be changed and modified to to achieve the same objects without thereby departing from the scope of the invention as in the following Claims is drawn.

209815/0222209815/0222

BAD ORIGINAL, _BAD ORIGINAL, _

Claims (1)

Patentansprüche :Patent claims: 1. Gerät zum Analysieren eines Werkstückes zum Feststellen und örtlichen Finden von strukturellen Unterbrechungen darin, dadurch gekennzeichnet, dass es Sonden aufweist, um ein akustisches Stehwellenmuster durch einen Teil des genannten Werkstückes zu schaffen, wenn eine Erregung durch ein elektrisches Signal erfolgt und das genannte Signal im Ansprechen auf Veränderungen in dem genannten Muster zu verändern, eine elektrische Quelle zum Unterstromsetzen der genannten Sonde durch ein Signal verhältnismässig niedriger Frequenz und eine Ableseeinrichtung zum Beobachten der Veränderungen des genannten Signals.Apparatus for analyzing a workpiece to detect and locate structural interruptions therein, characterized in that it comprises probes for creating an acoustic standing wave pattern through a portion of said workpiece when excited by an electrical signal and said signal to change in response to changes in said pattern, an electrical source for energizing said probe by a signal of relatively low frequency and reading means for observing changes in said signal. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde einen Wandler aufweist, um die akustische Stehwelle zu erzeugen und ein Ausgangssignal zu senden, wenn die Aktivierung durch eine akustische Welle erfolgt und eine Vergleichereinrichtung zum Vergleichen der Eingangs- und Ausgangssignale, wobei die Ableseeinrichtung die Ergebnisse des genannten Vergleiches zu beobachten gestattet.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the probe has a transducer to the acoustic Generate standing wave and send an output signal, if the activation takes place by an acoustic wave and a comparator device for comparing the input and output signals, the reading means observing the results of said comparison allowed. J5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler ein magnetostriktives Element enthältJ5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the transducer includes a magnetostrictive element .. 56 _ 209815/0222.. 56 _ 209815/0222 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL und die Vergleichseinrichtung eine Impedanz-Induktanzbrücke.and the comparison means an impedance-inductance bridge. 4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler ein piezoelektrisches Element enthält und die Vergleichseinrichtung eine Impedanz-Kapazitanzbrücke umfasst. 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the transducer contains a piezoelectric element and the comparison device comprises an impedance-capacitance bridge. 5. Gerät nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektrische Quelle einen veränderlichen Kippfrequenzoszillator aufweist. 5. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said electrical Source has a variable sweep frequency oscillator. 6. Verfahren zur Überprüfung eines Werkstückes, das einen zugänglichen Oberflächenteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandler in Arbeitsverhältnis zu dem Oberflächenteil gebracht wird, einBrUckenstromkreis mit dem Wandler an einem Schenkel und eine Blindlast am anderen Schenkel angelegt wird, wonach die genannte Brücke elektrisch erregt wird, um eine Stehwelle aus dem Wandler in das Werkstück hinein zu erzeugen, wonach die G-rösse der Unbalance im Ausgang der Brücke beobachtet wird, die durch die akustische Belastung des genannten Wandlers verursacht wird.6. A method for checking a workpiece which has an accessible surface part, characterized in that that a transducer is brought into working relationship with the surface part, a bridge circuit with the transducer on one leg and a reactive load on the other leg, after which said bridge is electrically excited to generate a standing wave from the transducer into the workpiece, after which the size of the Imbalance in the output of the bridge is observed, which is caused by the acoustic load on the said transducer will. 20381S/022220381S / 0222
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