DE1648739A1 - Method and device for the automatic control of bars by means of ultrasound - Google Patents
Method and device for the automatic control of bars by means of ultrasoundInfo
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Description
PatentanwaltPatent attorney
0^.PhyS.Dr.Wa!thsr3unaus0 ^ .Phy S .Dr.Wa! Thsr3unaus
5 Hannover, Abbettr, 205 Hanover, Abbettr, 20
13. Oktober 1967October 13, 1967
Dr.j/Ha.Dr.j / Ha.
Meine "Akte: 1365My "file: 1365
Statni v£zkumn;$r üstav pro stavbu stroju, BechovieeStatni v £ zkumn; $ r üstav pro stavbu stroju, Bechoviee
Verfahren und Einrichtung zur automatischen Kontrolle von Stäben mittels Ultraschall.Method and device for the automatic control of bars by means of ultrasound.
Gegenstand dieser Erfindung ist ein "Verfahren sowie eine Einrichtung zur automatischen Kontrolle von Stäben mittels Ultraschall. - ;■ ' " *-..The subject of this invention is a "method as well as a Device for the automatic control of bars by means of ultrasound. -; ■ '"* - ..
Innere Materialfehler in Stäben und Stangen werden heutzutage schon mittels Ultraschall vollautomatisch ermittelt, wobei der Prüfling zwischen stehenden oder rotierenden Schallköpfen durchläuft. Üblicherweise wirä nach dem Impulsprüfverfahren gearbeitet, wobei der Sendesehallkopf periodisch UltrasGhallimpulse aussendet, "die von der Oberfläche des Prüflings und von eventuellen Materialfehlern reflektiert werden und zum Empfangsschallkopf zurückkehren. Empfangs- und 5endeschallkopf können entweder miteinander verbunden sein oder räumlich getrennt angeordnet werden.Internal material defects in bars and rods are nowadays already determined fully automatically by means of ultrasound, with the test item between stationary and rotating Transducers passes through. Usually we work according to the impulse test method, with the transmission hall head periodically emits UltrasGhall impulses, "those from the surface of the test object and any material defects are reflected and return to the receiving transducer. Receiving and 5-end transducers can either be connected to each other be connected or spatially separated.
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Bei rotationssymmetrischen Prüflingen bewegen sich diese längs ihrer Achse, fallweise vollführen sie noch eine zusätzliche Rotation um die Achse, wodurch die Prüfstelle eine spiralförmige Bewegung auf der Prüflings oberfläche beschreibt. Bei kantigen Profilen kann eine Rotation-nicht angewendet werden. Bei der erwähnten spiralförmigen Bewegung können nur geringe Prüfgeschwindigkeiten erreicht werden. "Vollführt der Prüfling nur eine Längsbewegung in Richtung seiner Achse una sind dabei die Schallköpfe feststehend angeordnet, ist die Kontrolle im allgemeinen unzureichend, da die Ultraschallwellen in einer, höchstens in zwei zu- . einander senkrecht orientierten Ebenen verlaufen. Die Wahrscheinlichkeit der Felllererfassung kann durch Erhöhung, der Anzahl der Prüf ebenen vergrößert werden". Dadurch erhöhen sich die Ansprüche an den zur Verfügung stehenden Prüf raum, ohne daß eine Garantie besteht, daß die Materialfehler exakt angezeigt werden. Einerseits arbeitet jeder Schallkopf selbständig, andererseits können einige MaterialfeLler mehrfach zur Anzeige gebracht werden, und zwar in dem Fall, daß sie mehrere Prüf ebenen durchsetzen. I1Ur eine hochwertige automatische Kontrolle ist es jedoch wünschenswert, eine Fehlstelle im Prüfling nicht nur unter allen Umständen festzustellen, sondern auch gleichzeitig ihren Charakter zu bestimmen, sie zu identifizieren, d.h. festzustellen, ob es sich um eine Fehlstelle räumlicher Art, also einen Hohlraum oder einen Fremdkörpereinschluß handelt oder um eine Fehlstelle in Form eines einfachen oder verzweigten Risses»In the case of rotationally symmetrical test objects, these move along their axis; in some cases they also perform an additional rotation around the axis, whereby the test point describes a spiral movement on the test object surface. Rotation cannot be used for angular profiles. With the spiral movement mentioned, only low test speeds can be achieved. "If the test specimen only performs a longitudinal movement in the direction of its axis and if the transducers are stationary, the control is generally inadequate because the ultrasonic waves run in one, at most two, mutually perpendicular planes Increase, the number of test levels can be increased ". This increases the demands on the available test room, without there being any guarantee that the material defects will be displayed exactly. On the one hand, each transducer works independently, on the other hand, some material cases can be displayed several times in the event that they enforce several test levels. I 1 For a high-quality automatic control, however, it is desirable not only to determine a flaw in the test item under all circumstances, but also to determine its character and identify it at the same time, i.e. to determine whether it is a spatial flaw, i.e. a cavity or a foreign body inclusion or a defect in the form of a simple or branched crack »
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Die Erfindung erlaubt nun einerseits die Unsicherheit beim Auffinden von Fehlstellen in Achsenrichtung, die ungünstig orientiert sind, hinsichtlich der heutzutage verwendeten, zwei oder mehr Sehallköpfe, die gleichzeitig Ultraschallimpulse aussenden und empfangen, zu beseitigen und andererseits gleichzeitig den Charakter der Fehlstelle im beschriebenen Sinne, zu ermitteln«The invention now allows on the one hand the uncertainty in Finding imperfections in the axial direction that are unfavorably oriented with regard to those used today, two or more reverb heads producing ultrasonic pulses at the same time send and receive, to eliminate and on the other hand at the same time the character of the defect in the described Sense to determine "
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein automatisches Ultraschall-Prüfverfahren angewendet wird, bei dem sich der Prüfling in Richtung seiner Achse zwischen Schallköpfen bewegt, die so angeordnet sind, daß die Ultraschallstrahlenbündel in aufeinander folgenden Intervallen längs des gesamten Umfanges oder wenigstens längs des halben Umfanges des Prüflings ausgesendet werden. Dadurch wird ein ähnlicher Effekt erzielt, als wenn die Schallköpfe rotieren würden, denn die Ultraschallprüfebenen drehen sich senkrecht zur Bewegung des Prüflings.The essence of the invention is that an automatic Ultrasonic test method is used in which the test object is in the direction of its axis between transducers moved, which are arranged so that the ultrasonic beams at successive intervals along the entire Circumference or at least along half the circumference of the test object are sent out. This makes a similar one Effect achieved as if the transducers were rotating, because the ultrasonic test planes rotate perpendicular to the Movement of the test object.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Einfachheit der mechanischen Anordnung und der Möglichkeit einer höheren Prüfgeschwindigkeit, denn die elektrische Umschaltung der Ultraschallstrahlenbündel von'einem Prüfkopf zum anderen kann schneller erfolgen als ein mechanischer Rotations- oder Pendelvorgang, weil eine Sehaltfrequenz bis zu einigen Hundert Herz benutzt werden kann.The advantage of this method lies in the simplicity of the mechanical arrangement and the possibility of a higher one Test speed, because the electrical switching of the Ultrasonic beam from one probe to the other can be done faster than a mechanical rotary or Pendulum action, because a stop frequency of up to a few hundred Heart can be used.
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Das Wesen der Erfindung ist an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The essence of the invention is explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 die Anordnung von Schallköpfen bei einem Stab mit kreisförmigem Querschnitt»Fig. 1 the arrangement of transducers in a rod with a circular cross-section »
Fig* 2 die Anordnung von Schallköpfen bei einem Stab mit kantigem Querschnitt.Fig * 2 shows the arrangement of transducers in a rod with angular cross-section.
Fig. 3 die zeitliche Abhängigkeit zwischen den einzelnen Impulsen*3 shows the time dependency between the individual Impulses *
Fig. 4 in Blockschemadarstellung die grundsätzliche Schaltung des Prüfgerätes.4 shows the basic circuit of the test device in a block diagram.
Bei des? Prüftffig von Stangenmaterial wird an der Oberfläche eine bestiffimte Anzahl von Sehallköpfen angeordnet - beispielsweise fünf Schallköpfe - (siehe Fig. 1 und 2), und zwar normale Sehallköpfe oder Winkelsehallköpfe, wobei jeder ein Ultrasehallstrahlenbündel zur Mitte des Prüflings aüssendet. Die Achsen zweier benachbarter Ultrasehallbündel können beispielsweise einen Winkel von 45° einschließen, was bedeutet, daß die Ultrasehallstrahlenbündel der Schallköpfe 1 und 5 in einer Achse liegen* Diese Anordnung der erwähnten SehailkÖpfe wird bei Stangenmaterial mit vollem kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt angewendet* Der Winkel von 45O zwischen den Achsen der Ultraschalls trahlenbüadel stellt hinsichtlich einer zuverlässigen Anzeige längs orientierter Materialfehler beliebiger Lage ein Optimum dar. Selbstverständlich ist eine größere Anzahl von Sehallköpfen, die am Umfang des Prüflings angeordnetBoth? As a test of rod material, a certain number of ultrasonic transducers - for example five transducers - (see Figs. 1 and 2) are arranged on the surface. The axes of two neighboring ultrasound bundles can, for example, enclose an angle of 45 °, which means that the ultrasound bundles of ultrasound heads 1 and 5 lie in one axis 45 O between the axes of the ultrasound trahlenbüadel provides with respect to a reliable indicator longitudinally oriented material defects any position an optimum. of course, a greater number of Sehallköpfen, arranged on the periphery of the test piece
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sind, zulässig oder gar notwendig, besonders wenn auch Gebiete ausserhalb der Achse durch die Kontrolle erfasst werden sollen. Normalerweise werden die Schallköpfe in einer zur Achse des Prüflings senkrechten Ebene angeordnet.' Es kann aber auch der Jail eintreten, daß eine Anordnung der Schallköpfe in zwei oder mehreren hintereinander-, liegenden Prüfebenen vorteilhafter^ist. Wie schon erwähnt wurde, ändert das 5tttrasehallstrahlenbündeldauernd seine Richtung und zwar entweder in einer Biehtuiigr längs des · ümfanges des Prüflings oder in einer Pendelbewegung.are, permissible or even necessary, especially if Areas outside the axis are to be covered by the control. Usually the transducers are in arranged in a plane perpendicular to the axis of the test object. ' However, the jail can also occur that an arrangement the transducers in two or more in a row, lying test levels is more advantageous ^. As already mentioned the 5tttrasehall ray beam constantly changes its Direction, either in a belt along the size of the test object or in a pendulum motion.
Das Wesen der Erfindung kann mittels der Fig# 3 Und4 sehr anschaulich erfasst werden. Das Wesen der Erfindung ist in der nacheinander folgenden !Tätigkeit der längs des ümfanges des Prüflings angeordneten SaEallköpfe begründet. Die UltrasQhallimpulse, werden in je m ieriqclQJa, die einen Arbeitszyklus bilden, ausgesendet (siehe 3?ig» 3 und 4, m = 4). Die Anzahl der Perioden m kann eatweder der Anzahl der Sohallkö|ife entspreohe» oder die Anzahl der Schallköpfe kann um eine Bisheit größer sein alö die Anzahl der Periodenv also den Wert m + 1 aufweisen« Diese letztere Betriebsart ist vorteilhafter und SQgar iü, dem falle notwendig, wo die Schallköpfe nicht längs des gesamten Umfaiiges angeordnet sind, wie es in den #ig, T und j 2 angedeutet ist. Die Anzahl.von m Perioden, während der alle Schallköpfe in Aktion treten fSohaXlköpfe 1 bis 4.beiThe essence of the invention can be grasped very clearly by means of FIGS. 3 and 4. The essence of the invention is based on the successive activity of the hall heads arranged along the circumference of the test object. The ultrasonic reverberation impulses are emitted in m ieriqclQJa, which form a working cycle (see 3? Ig »3 and 4, m = 4). The number of periods m can either correspond to the number of Sohallkö | ife "or the number of transducers can be a fraction larger than the number of periods v thus have the value m + 1 " This latter mode of operation is more advantageous and SQgar iü, dem if necessary where the transducers are not arranged along the entire circumference, as indicated in #ig, T and j 2. The number of m periods during which all transducers are in action
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m = 4), bildet einen Arbeitszyklus, der sich dann dauernd wiederholt. Jeder Schallkopf tritt während eines Arbeitszyklus einmal in Aktion. Deshalb entspricht die !Frequenz der Zyklen der Sendeimpulsfrequenz der Schallköpfe.- Die Zahl m bedeutet die Anzahl der Sendesehallköpfe sowie die Anzahl der Perioden in einem Arbeitszyklus. Die Tastimpulse für die m Sender erzeugt ein m-phasiger Synchronisator 10. An jede Phase dieses Synehronisators ist einer der Ultraschallsender 6 bis 9 angeschlossen und an jeden der Sender wiederum einer der Schallköpfe 1 bis 4. Wie. aus Pig. 3 hervorgeht, wird der Ultraschallimpuls stets zu Anfang einer Periode in den Prüfling ausgesendet. Die ausgesendeten Impulse werden durch einen Beistrich gekennzeichnet, also durch die Symbole t£, t«, t4 "ßzid t£ ausgedrückt. Die erste Periode beginnt zur Zeit t-^ und endet zur Zeit tp, die gleichfalls den Beginn der zweiten Periode bedeutet usw. Die Dauer jeder Periode wird so gewählt, daß im Prüfling alle die Impulsechos ausklingen können, deren liege1 unterhalb der Anzeigeschwelle liegen muß. Impulseehos von Fehlstellen in der Achsenzone des Prüflings kehren noch in derselben Periode einmal zum aussendenden Schallkopf zurück* ferner zu einigen der anderen Schallköpfe« Derselbe Yorgang spielt sich auch während der anderen Perioden ab, während derer in aufeinanderfolgender Weise auch die anderen Sohallköpfe Impulse aussenden und empfangen. JTaeh m Perioden ist ein; Arbeitszyklus beendet und das Ultraschallstrahlen- \ vollführte in einer Prüfebene aufeinanderfolgendem = 4), forms a work cycle that is then repeated continuously. Each transducer acts once during a duty cycle. Therefore, the frequency of the cycles corresponds to the transmission pulse frequency of the transducers. The number m means the number of transmission reverb heads and the number of periods in a working cycle. The probe pulses for the m transmitters are generated by an m-phase synchronizer 10. One of the ultrasonic transmitters 6 to 9 is connected to each phase of this synchronizer, and one of the transducers 1 to 4 is connected to each of the transmitters. from Pig. 3 shows, the ultrasonic pulse is always emitted into the test object at the beginning of a period. The emitted impulses are indicated by a comma, that is, expressed by the symbols t £, t «, t4" ßzid t £. The first period begins at time t- ^ and ends at time tp, which also signifies the beginning of the second period, and so on The duration of each period is chosen in such a way that all the pulse echoes in the test item can fade away, the lie1 of which must be below the display threshold transducers "the same Yorgang takes place during the other periods, while those who emit in a sequential manner, the other Sohallköpfe pulses and receive JTaeh m periods is a;. completed work cycle and the Ultraschallstrahlen- \ fully led consecutive in a test plane
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Sprünge .vom ersten bis zum m-ten Schallkopf. Im Beispiel der Fig. 3,- worin m = 4 ist, endet der Arbeitszyklus I zur Zeit ΐ-,_, wo gleichfalls die vierte Periode endet und die erste Periode des folgenden Arbeitszyklus beginnt.Jumps .from the first to the m-th transducer. For example 3, - where m = 4, the work cycle I ends at the time ΐ -, _, where likewise the fourth period ends and the first period of the following duty cycle begins.
Erfindungsgemäß sind diejenigen Störechos entscheidend, die zum Sendeschallkopf zurückkehren, im gegebenen Fall also die Echos tj bis tjj, sowie die Echos, die während derselben Periode auf die benachbarten Schallköpfe gelangen, also Echos, die durch den Index £ gekennzeichnet sind. Der Sehallkopf, der während einer Periode einen Impuls aussendet -und ein Echo empfängt, wird als aktiver Schallkopf bezeichnet, und benachbarte .Schallköpfe, die während dieser . Periode nur Echos empfangen und weiterverarbeiten, werden als passive Sehallköpfe bezeichnet. In der ή—fen Periode ist stets der n-te Sehallkopf aktiv und der (n+lj-te Schallkopf passiv. Sofern bei ja Perioden hm-! Schallköpfe Verwendung finden, ist der erste Sehallkopf nur aktiv und der letzte nur passiv. Bas Verhältnis der Echohöhen am aktiven und am passiven Schallkopf lässt einen Schluß auf die Orientierung der reflektierenden fläche hinsichtlieh der Achse des ausgesendeten Ultraschallstrahlenbündels zu*According to the invention, those false echoes are decisive, which return to the transmitting transducer, in the given case thus the echoes tj to tjj, as well as the echoes that occur during the same period reach the neighboring transducers, i.e. echoes that are identified by the index £. Of the Sehall head that sends out a pulse during a period -and receives an echo, is known as an active transducer, and adjacent. transducers that operate during this . Period only echoes will be received and processed referred to as passive vision heads. In the ή — open period the n-th sound head is always active and the (n + lj-th sound head passive. If with yes periods hm-! Transducers use find, the first Sehallkopf is only active and the last only passive. Bas ratio of the echo heights at the active and the passive transducer allows a conclusion about the orientation of the reflecting surface with regard to the Axis of the emitted ultrasonic beam to *
Yfenn man die durch die Verhältnisse der Eehohöhen vermittelten Informationen während eines Arbeitszyklus zusajimenfasst, kann über den. Charakter der fehleteile im Prüfling eine Aussage gemacht werden» d.h. es kann entschieden werden, ob ' « If one is mediated by the proportions of the heights Summarizes information during a work cycle, can about the. Character of the missing parts in the test item a statement can be made "i.e. it can be decided whether '"
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es sich iim einen räumlichen Materialfehler handelt, also um eine Blase, oder einen Fremdkörpereinschluß .oder um einen flächenhaften Materialfehler, also um einen Riß.it is a spatial material defect, so around a bubble, or a foreign body inclusion. or around an extensive material defect, i.e. a crack.
Bei inneren Materialfehlern mit kreisförmigem Querschnitt entstehen am aktiven und am passiven Schallkopf Echos annähernd gleicher Intensität mit einem maximalen Unterschied bis zu 6 dB, wenn die Ultraschallstrahlenbündel einen Winkel von maximal 45° einschließen. Das Kennzeichen eines derartigen Fehlere sind m Echos aus den aktiven Schallköpfen und ebenfalls m Echos aus den passiven Beliallköpf en während eines Arbeitszyklus. Demgegenüber v/eisen bei einem einfachen oder verzweigten Riss (beispielsweise einem Riss von kreuzförmiger Anordnung) in der Aehsenzone des Prüflings, die Ultraschallwellen einen starken Richtungssinn auf und fallen je nach der Orientierung in der Mehrzahl entweder in den aktiven oder passiven Schallkopf ein. Bei der Anordnung mehrerer Schallköpfe, zumindest längs der Hälfte des Prüflingsumfanges (beispielsweise m = 4), tritt schon nicht mehr der Fall ein, daß ein Riß ausreichender Größe nicht angezeigt wird, oder aber, daß er in gleicher llifeiee wie eine räumliche Fehlstelle angezeigt -wird. Risse werden durch eine geringeteAnzahl von Echos als m an den aktiven oder passiven Schallköpfen gekennzeichnet« Ein Echo wird als Anzeigefehler angesehen, wenn es um mehr als 15 bis 20 dB kleiner ist als das größte Echo, In Fig. 3 kann die zeitliche Folge des SendenB und Empfangens für den Fall m s= 4 gut verfolgt werden. Zu Beginn jeder der vier einenFor internal material defects with a circular cross-section the active and passive transducers produce echoes of approximately the same intensity with a maximum difference up to 6 dB if the ultrasonic beam is at an angle include a maximum of 45 °. The hallmark of such an error is m echoes from the active transducers and also m echoes from the passive Beliallköpf en during a work cycle. In contrast, for a simple one or branched fissure (for example, a fissure of cruciform Arrangement) in the Aehsenzone of the test object, the ultrasonic waves have a strong sense of direction and fall in the majority either, depending on the orientation into the active or passive transducer. When arranging several transducers, at least along half of them the scope of the test object (for example m = 4) already occurs it is no longer the case that a crack of sufficient size is not displayed, or that it is in the same area how a spatial defect is displayed. Cracks are identified by fewer echoes than m on the active ones or passive transducers labeled «An echo is considered a display error if it is more than 15 to 20 dB smaller than the largest echo, in Fig. 3 the time sequence of sending and receiving for the case m s = 4 can be followed well. At the beginning of each of the four one
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Arbeitszyklus darstellenden Perioden t^+ t2, t2+ tj, t^-t- t^ und t.+ t-, wird von der aktiven So-nde zu den Zeiten t£, t2, t' und tC ein Ultraschallimpuls ausgesendet. Allgemein kann man diese {fatsache so ausdrücken, daß zu Beginn der η-ten Periode vom η-ten Schallkopf ein Impuls ausgesendet wird. Zur Anzeige werden.dann die Echos von den aktiven . Schallköpfen, also die Echos,.die zum Ort des Aussendens zurückkehren, d.h. zum; η-ten Schallkopf, sowie die Echos des benachbarten Schallkopfes, also des (n+l)-te;n Schallkopfes, der in deip-ten Periode passiv ist, herangezogen. Es erscheint selbstverständlich, dal3 die Echos auch in alle anderen Schallköpfe einfallen, aber dort sind sie unwichtig oder gar störend und müssen unterdrückt werden. Entsprechend der Erfindung werden zu diesem Zweck zwei Gruppen von (EorscLialtungen 19>2Ö (siehe 3?ig» 4) benutzt, die lediglich die erwünschten Echos auf die beiden Verstärker 27 und 32 gelangen lassen, Während der η-ten Periode gelangen die Echos vom η-ten'Schallkopf über die Schaltung 19 zum ersten Verstärker 27, der die Echos der aktiven Schallköpfe verst-^rufc- und die Echos des (n+l)-ten 3challkopfes über die Schalturii- 20 auf den Verstärker 32, der der Verstärkung •lsi riches aus den passiven Schallköpfen dient. Die Auswahl 'wird durch die i'orüchaltungen 11 bis 18 (beispielsweise l/Dx'Vor3t::;.rkerBtufen) bewirkt, die durch geeignete SchaltimyLtLöVfirlaufe über die Ausgange 21 und 24 des Synohronisa-Lara 10 (siehe Pig. -ja - 3d) ^e tastet werden* In.Pig. 4 kann •nan oi-Lennen, daß zum Leispiel die l'orüciiaitung T1 durch dasPeriods t ^ + t 2 , t 2 + tj, t ^ -t- t ^ and t . + T- representing the working cycle, an ultrasonic pulse is generated by the active son at times t £, t 2 , t 'and tC sent out. In general, this fact can be expressed in such a way that at the beginning of the η-th period a pulse is emitted by the η-th transducer. The echoes from the active ones are then displayed. Transducers, so the echoes, .that return to the place of emission, ie to the; η-th transducer, as well as the echoes of the neighboring transducer, i.e. the (n + l) -th; n transducer, which is passive in the deip-th period. It seems natural that the echoes also reach all other transducers, but there they are unimportant or even disturbing and must be suppressed. According to the invention, two groups of (EorscLialtungen 19> 20 (see 3? Ig »4) are used for this purpose, which only allow the desired echoes to reach the two amplifiers 27 and 32 η-th 'sound head via the circuit 19 to the first amplifier 27, which amplifies the echoes of the active sound heads and the echoes of the (n + 1) -th sound head via the switching unit 20 to the amplifier 32, the amplification • lsi riches serves said passive transducers the selection 'is the i'orüchaltungen 11 to 18 (for example, l / Dx'Vor3t::; .rkerBtufen). causes, by suitable SchaltimyLtLöVfirlaufe on the outputs 21 and 24 of Synohronisa-Lara 10 (see Pig. -Ja - 3d) ^ e can be touched * In.Pig. 4 can • nan oi-Lennen, that for example the direction T1 by the
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Signal Ja während der Periode 1, während der ebenfalls der Sehallkopf 1 aktiv ist, geöffnet wird. Ausserdem wird während dieser Periode auch der Vorverstärker 12 freigetastet, -ober welchen die Echos des passiven Schallkopfes 2 auf den Verstärker 32 gelangen.Signal Yes during period 1, during which Sehallkopf 1 is also active, is opened. In addition, the preamplifier 12 is also cleared during this period, via which the echoes from the passive transducer 2 reach the amplifier 32.
Wie schon erwähnt Yfurde, sind die Torverstärker 11 bis 18 in die beiden Schaltgruppen 19 und 20 unterteilt, von denen jede m gebastete £orschaltungen enthalt, die über die gemeinsamen Ausgänge 25 und 26 verkoppelt sind. Das Tasten, d.h. das Öffnen der-Torsehaltungen, wird durch die in den Fig, 3a bis 3d aufgezeigten Reehteckimpulse bewirkt. Die erste G-ruppe 19 soll die Echos aus den aktiven Schallköpfen und die zweite Gruppe 2Q solljdie Echos aus. den passiven Schallköpf en durchschalten. Erst in der η-ten Periode öffnet sich in der Schaltgruppe 19 derjenige der Torkreise 11, 13, 15, 17, an dessen Eingang der h-te Schallkopf angeschlossen ist. und in der zweiten Schaltgrup^e 20 derjenige der I'orkreise 12, H, 16, 18, an dessen Eingang der (n+l)-te Lchallkopf angeschlossen ist. Die Ausginge 25 und 26 der Schaltungstruppen 19 und 20 werden auf die Eingänge der mehrstufigen ?er-.;tllrker 27 und 32 geführt. Der Verstärker 27 verarbeitet die Signale der aktivem Schallköpfe und der vollkomineri separat arbeitende Verstärker 32 die Signale der passiven. Schallköpfe, üchou die Verhältnisse der Echohöhen an den Ausgängen dieser beiden Verstärker erlauben eine Aussage über dea Charakter der Fehlstelle im Prüfling.As already mentioned by Yfurde, the gate amplifiers 11 to 18 are subdivided into the two switching groups 19 and 20, each of which contains m bridged circuits which are coupled via the common outputs 25 and 26. The keying, ie the opening of the door postures, is effected by the rectangular pulses shown in FIGS. 3a to 3d. The first group 19 is supposed to output the echoes from the active transducers and the second group 2Q is to output the echoes. switch through the passive transducers. Only in the η-th period does that of the gate circuits 11, 13, 15, 17, to whose input the h-th transducer is connected, open in the switching group 19. and in the second switching group 20 that of the I / O circuits 12, H, 16, 18, to whose input the (n + 1) th sound head is connected. The outputs 25 and 26 of the circuit units 19 and 20 are routed to the inputs of the multi-stage upper, lower door 27 and 32. The amplifier 27 processes the signals from the active sound heads and the fully separate amplifier 32 processes the signals from the passive ones. Sound heads, üchou the relationships between the echo heights at the outputs of these two amplifiers allow a statement to be made about the character of the flaw in the test item.
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Bei automatischem Betrieb ist es nicht möglich, die Echos visuell auszuwerten. Entsprechend der Erfindung wird der Charakter des Katerialfehlers entsprechend der Anzahl der Echos bestimmter Intensität, die während eines Arbeitszyklus zu verzeichnen sind, also nach m Perioden, bezogen auf die Ausgänge der beiden Verstärker, beurteilt» Bei einem raunisymmetrisclien Materialfehler kugel- oder walzenförmigen Charakters erscheinen am Ausgang des Verstärkers 27 während eines jeden Arbeitszyklus m Echos annähernd gleicher Intensität. Im allgemeinen ist der Unterschied der Echohöhen nicht größer als 6 dB. Dasselbe kann man am Ausgang des Verstärkers 32 für die Signale aus den passiven Schallköpfen erwarten. Diese Echos sind im allgemeinen schwächer als die Echos aus den aktiven Schallköpfen, der Unterschied; überschreitet aber üblicherweise nicht einen ifert von 6 dB. Aus diesem G-runde kanu man sagen, daß das typischen Kennzeichen einer raumsymmetrisehen üäterialfehlstelle m Echos am Ausgang der. beiden Vers-tärker 27 und 32 sind. Demgegenüber tritt bei flächenhaften Materialfehlern in der JPorm einfacher oder verzweigter Hisse der Fall ein, daß ah den Ausgängen der Verstärker 27 und 32 während eines Arbeitszyklus die Anzahl der Echos an dem einen oder anderen Ausgang, fallweise auch an beiden Ausgängen, kleiner als m ist. Entsprechend der Erfindung wird die Fehleridentifizierung automatisiert und zwar durch Auswertschaltungen, die aus den Speieherkreisen 29 und 34 bestehen, an deren Ausgängen soviel Spannungs-.% stufen auftreten, wie Echoa während eines Arbeitszyklus- zu«With automatic operation it is not possible to evaluate the echoes visually. According to the invention, the character of the material defect is assessed according to the number of echoes of a certain intensity that are recorded during a working cycle, i.e. after m periods, based on the outputs of the two amplifiers Output of the amplifier 27 during each working cycle m echoes of approximately the same intensity. In general, the difference in echo heights is no greater than 6 dB. The same can be expected at the output of amplifier 32 for the signals from the passive transducers. These echoes are generally weaker than the echoes from the active transducers, the difference; but usually does not exceed an ifert of 6 dB. From this G-round one can say that the typical characteristic of a space-symmetric üäterialfehlstelle m echoes at the output of the. both amplifiers 27 and 32 are. In contrast, in the case of two-dimensional material defects in the JPorm of simple or branched hiss, the number of echoes at one or the other output, sometimes also at both outputs, at the outputs of amplifiers 27 and 32 is less than m. According to the invention, the error identification is automated and that by evaluation circuits consisting of the storage circuits 29 and 34, so much voltage at their outputs. % stages occur, such as Echoa during a duty cycle to «
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verzeichnen -sind. Zu Ende eines jeden Arbeitszyklus , die Anzeige der Speieherkreise;. gelöscht« Der entsprechen- : äe Iiöschimpuls wird aus einem der Ultraschallsender ab- * geleitet. Als Beispiel werden die Spannungsverläufe am Auegang der Schaltung 29 für die Stelleneehos am Ausgang des Verstärkers 27 nach Fig* 3e angegeben. Man erkennt, daß während aller vier Perioden die Stellenechos t£, t|, tS und t£ austreten« Am Ausgang der Schaltung 29 zeigt sich dann ein Spannüngeverlauf nach Fig. 3g· Am Ausgang ™ des Verstärkers 32 wird' durch den Impuls ti' und den Impuls t|_ die iiiwesenheit eines Fehlstellenechos nur während der Perioden3 und 4 ausgedrückt, siehe Fig. 3f. Jetzt entsteht am Ausgang der Schaltung 34 ein Spannüngeverlauf nach Fig. 3h* Die beiden Speicherschaltungen 29 unt 34 werden üblicherweise über die Wahlschaltungen 28 und 33 6^ ■ A±s Verstärker 27 und 32 angeschlossen« Als Wahlsöhaliüngen, die die Fehlstellenechos auswählen eollen, können ähnliche Schaltungen verwendet werden wie bei den Monitoren zur Anzeige von Häterialfehleriu Hiater den Schal« tungen. 29 und 34. folgen zwei weitere, voh denen die aus den HÖLitiiiialpegeibegrenzeril 30 und 35* sowie der denzschaltung 37. zur Anzeige raumsymmetrischer Materialfehler und die zweite, bestehend aus den Maximalpegelbegrenjsern 31 und 36 sowie der Schaltung 38,zur Anzeige voü I Eissen dient, " jrecord -are. At the end of each work cycle, the display of the storage circuits ; . deleted «The corresponding extinguishing pulse is derived from one of the ultrasonic transmitters *. As an example, the voltage curves at the output of the circuit 29 for the posts eehos at the output of the amplifier 27 according to FIG. 3e are given. It can be seen that during all four periods the digit echoes t £, t |, tS and t £ emerge. At the output of the circuit 29 a voltage curve according to FIG. and the pulse t | _ expresses the absence of a flaw echo only during periods 3 and 4, see Fig. 3f. 3h * The two memory circuits 29 and 34 are usually connected via the selection circuits 28 and 33 6 ^ ■ A ± s amplifiers 27 and 32 Circuits similar to those used in the monitors are used to display material errors in the circuits. 29 and 34. follow two more, of which the one from the HÖLitiiiialpegeiblimeril 30 and 35 * as well as the denz circuit 37. to display space-symmetrical material defects and the second, consisting of the maximum level limiters 31 and 36 as well as the circuit 38, is used to display voü I Eissen, "j
Die aütomatisehe Anzeige räumlicher Fehlstellen, also die "The automatic display of spatial defects, i.e. the "
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Anzeige van Blasen oder Iremdkörpereinschlüssenf verläuft folgendermaßen: !Ereppenförmige Signale durchlaufen die Minimalpegelbegrenzer 30 und 35, die m-1 Spannung^ Sprünge ^ unterdrücken und lediglich den m~ten Spannungssprung in lorm eines Eeohteckimpulses weitergeben (siehe Fig. 3i). Wenn aus den beiden Speicherkreisen 29 und 34 und den nachfolgenden Minimalpegelloegrenzern 30 und 35 Rechteckimpulse auf die "beiden Eingänge, der Koinzidenganordnung gelangen, wird ein raumsymmetrischer Materialfehler angezeigt. Dieser lall tritt nur dann ein, wenn an den Ausgängen der Schaltungen 30 und 35 gleichzeitig die in Fig« 3i gekennzeichneten SpannungsTerlaufe auftreten* l!ienn durch äen Koinzidenzkreis 37 ein raumsymiaetriseher liettejjialfehler, wie beispielsweise eine Blase, angezeigt wird, wird der Rißindikator 38 blockiert.The display of bubbles or foreign body inclusions takes place as follows:! Erectile signals pass through the minimum level limiters 30 and 35, which suppress m-1 voltage jumps and only pass on the m-th voltage jump in the form of a corner pulse (see Fig. 3i). If square-wave pulses from the two storage circuits 29 and 34 and the subsequent minimum level limiters 30 and 35 arrive at the "two inputs of the coincidence arrangement, a space-symmetrical material error is displayed. This only occurs if the outputs of the circuits 30 and 35 at the same time In the case of stress gradients marked in FIG. 3i, if the coincidence circle 37 indicates a spatially symmetrical liettejial error, such as a bubble, the crack indicator 38 is blocked.
In allen anderen fällen, wenn wenigstens in einer Periode eines Arbeitszyklus an den aktiven oder passiveij Sohallköpfen ein Echo auftritt, tritt die Rißanzeige in Tätigkeit. Dann neigen sich am Ausgang der Schaltungen 29 und. Boviel Spannungssprünge, wie In der Mg. 3h Schoe zu'verzeichne« sind. Die Pig» 2E versinnbildlicht den Spahnungsve3?läuf am Ausgang der Schaltung 34, dem der Spannung θ Verlauf nach Pig, 3f am Verstärker der passiven Schallköpfe entspricht. · 33er läaxitaslpegelbegrenzer 31 lasst in diesem Fall den in #MjE>- 3i dargestellten Rechteckiiapule durch, ü,et einem der maximalen HÖUe der ersten Stufe entsprechenden SpannungewertIn all other cases, if an echo occurs at the active or passive sounder heads at least in one period of a work cycle, the crack indicator comes into operation. Then incline at the output of the circuits 29 and. As many jumps in tension as can be found in the Mg. 3h Schoe. The Pig 2E symbolizes the Spahnungsverlauf at the output of the circuit 34, which corresponds to the voltage θ curve according to Pig, 3f at the amplifier of the passive transducers. 33er läaxitasl level limiter 31 in this case allows the rectangular apule shown in #MjE> - 3i through, u, et a voltage value corresponding to the maximum HÖU of the first stage
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entspricht.'In 'et er selb en Weise arbeitet=der Maximalpegelbegrenzer 36, der an den Signalkanal der aktiven Schallköpfe angeschlossen iet und &en in I1Ig, 3k dargestellten Verlauf weiterleitet. Immer wenn an einem der Ausgänge der Maximalpegel"begrenzer 31 oder 36 oder an allen beiden gleichzeitig ein Rechte ck'impuls auftritt, wird die Rißanzeige 38 in Tätigkeit versetzt, die in diesem Pail nicht durch einen Impuls aus der Eoinzidenzanordnung 37 verriegelt wird,.entspricht.'In 'er et selb operates = Maxim Alp Yellow Grenzer 36 iet connected to the signal channel of the active transducers and forwards in en & I 1 Ig, profile illustrated 3k en manner. Whenever a square pulse occurs at one of the outputs of the maximum level limiter 31 or 36 or at both of them at the same time, the crack indicator 38 is activated, which is not locked in this pail by a pulse from the incidence arrangement 37.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens und der Einrichtung für.eine automatische Kontrolle von Stäben und Stangen mittels Ultraschall liegt nicht nur in der -Möglichkeit einer Fehlercharakterisierung entweder visuell durch Vergleich der Echohöhen an den aktiven und passiven Schallköpfen, = respektive durch eine automatisierte "Erkennung, sondern auch darin, daß sowohl die Koinzidenzeinrichtung 37 al*3 auch der Rißindikator 38 elektrische Signale abgeben, die eine Schreib einrichtung, ein Auswertgerät oder eine optische resp. akustische Signalanlage steuern können. Schon bei einem Einsatz von fünf Schallköpfen, m= 4, wie In Fig. 1 und 2 dargestellt, tritt, schon nicht mehr der Fall ein, daß ein Riß beliebiger Orientierung nieht angezeigt wird, weil die Störstellenechos: in Jeder Periode aua zwei verschiedenen Richtungen empfangen werden, Praktisch kann man mit Gewißheit voraussetzen, daß bei längs orientierten oder nur mäßig geneigten Rissen wenigstens einer der fünf ader mehr Schallköpfe einThe advantage of the described method and the device for an automatic control of rods and rods by means of ultrasound lies not only in the possibility of a defect characterization either visually by comparing the echo heights on the active and passive transducers, or by an automated "detection", but rather also in the fact that both the coincidence device 37 a1 * 3 and the crack indicator 38 emit electrical signals which can control a writing device, an evaluation device or an optical or acoustic signal system, even with the use of five transducers, m = 4, such as In 1 and 2, it is no longer the case that a crack of any orientation is not displayed because the impurity echoes are received in two different directions in each period or only moderately inclined cracks at least one of the five veins more sound heads one
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- 1967-10-25 GB GB4842867A patent/GB1207385A/en not_active Expired
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