DE1915833C3 - Ultraschall-Impuls-Echogerät zur Bestimmung der Fehlergröße eines Werkstückfehlers - Google Patents

Description

)ie Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Im- »-Echogerät zur Bestimmung der Fehlergröße eines Werkstückfehlers aus der von der Fehlerstelle reflek tierten Echointensität mit einem Taktgeber für die Ul traschallimpulse, einem daran angeschlossenen Impuls sender mit einem EinstelleJement für die Sendeimpuls Frequenz, einem daran angeschlossenen Ultraschall Prüfkopf, der wiederum mit einem Verstärker mi einem Einstellelement für den Verstärkungsgrad unc einem Einstellelement für den Durchlaßbereich sowie mit einer daran angeschlossenen Anzeigevorrichtung verbunden ist, deren Zeitachse durch eine Kippstuft synchron zum Taktgenerator erzeugt wird, sowie ent weder mit ejner AVG-Skala und einem Einstellelemen für die Flankensteilheit der Kippspannung oder mi einem Einstellelement für eine Tiefenausgleichvorrich ' tung. deren Eingang mit dem Taktgeber und derer Ausgang mit dem Verstärker verbunden ist.

In der Praxis der Werkstoffprüfung genügt es nich nur zu wissen, ob in den Werkstücken eine den Schal reflektierende Ungänze, d h. ein Fehler vorhanden isi oder nicht, sondern seine Größe (Durchmesser) zu ken nen. Die physikalischen Zusammenhänge zwischen dei Schallamplitude des Echos, der Ultraschallfrequenz dem Abstand zwischen Fehler und Prüfkopf sowie der.i Prüfkopfdurchmesser sind bekannt (s. Krautkrämer Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 2. Auflage, Springer-Verlag, Kap. 1.84). Die insoweit nicht zum Erfindungs gegenstand gehörige F i g. 1 zeigt diese Abhängigkeil an der AVG-Skala als Beispiel für Ultraschallimpulse von 4 MHz beim vorbestimmten Prüfkopfdurchmesser von 24 mm. für Stahl als Prüfmaterial. Voraussetzung für die Anwendung einer solchen Skala ist, daß die Echoamplitude, den Fehlerabstand und die Schallfrequenz an dem Echo-Impulsgerät reproduzierbar einge stellt oder abgelesen werden können. Geräte moderner Bauart kommen dieser Forderung entgegen, indem die Einstellelemente für die Verstärkung geeicht sind (meist in dB), und Sendeimpulsfrequenz sowie dor Durchlaßbereich des Verstärkers durch fest voreinge stellte, meist umschaltbare Schaltelemente vorgegeben sind, und daß die Flankensteilheit der Kippspannung aus der Kippstufe durch ein reproduzierbares Einstellelement voreingestellt ist, so daß man von dem Leuchtschirm einer Oszillographenröhre den Fehlerabstand direkt ablesen kann.

Die AVG-Skala wird als transparente Skala vor den Leuchtschirm der Oszillographenröhre gesetzt, so daß aus der Echohöhe und Echolage auf der Zeitachse, die der Fehlerentfernung entspricht, die Fehlergröße direkt abgelesen werden kann.

Eine andere Hilfsvorrichtung ist als »Tiefenausgleich« bekannt. Hierbei wird dem Taktgenerator ein Impuls entnommen, der in einer Impulsformerstufe in geeigneter Weise verformt wird und dann zum Verstärker als elektrische Regelspannung gelangt. Durch diese Tiefenausgleichvorrichtung wird die Verstärkung des Verstärkers laufzeitabhängig und damit in Abhängigkeit von der Fehlerentfernung so nachgesteuert, daß die mit der Entfernung abfallende Echoamplitude, s Fig. 1, durch eine Zunahme des Verstärkungsgrades mit der Laufzeit gerade ausgeglichen wird, so daß aiii dem Leuchtschirm die Echohöhe immer — unabhängig von der Fehlerentfernung — einer bestimmten Fehlergröße entspricht.

Allen diesen Hilfsmitteln haftet aber ein schwerwiegender gemeinsamer Nachteil an: Nur wenn die Einstellelemente passend zum Werkstück, zum »erwendeten Prüfkopf sowie untereinander passend eingestellt sind, erhält man ein richtiges Prüfungsergebnis. Außer

den Einstellelementen für die Hauptfunktionen des Gerätes sind auch weitere Einstellungen am Gerät vorzunehmen, z. B. die Einstellung des Monitors, die Einstellung zum Betrieb mit getrenntem Sender- und Empfängerprüfkopf, des Trennschalters für die Leitung vom s Impulssender zum Verstärker, für die Einstellung der Schärfe und der Helligkeit für dt·? Oszillographenröhre usw. Bei der Vielzahl der vor der Prüfung notwendigen Einstellungen ist ein angelernter Werkstoffprüfer, der die Wirkungsweise des Gerätes nicht oder nur oberflächlich kennt, überfordert. Beim Fachmann besteht die Gefahr einer Fehleinstellung durch Nachlässigkeit oder Vergeßlichkeit Dies führt in der Praxis nicht selten zu schwerwiegenden Fehlbeurteilungen hinsichtlich eines Fehlers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr einer falschen Geräteeinstellung zu vermeiden.

Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Einstellelemente für die Sendeimpulsfrequenz, für den Verstärkungsgrad und für den DurchlaßLereich sowie ent- weder für die Ffankensieilheit der Kippspannung oder für die Tiefenausgleichvorrichtung zu einer Steckeinheit oder — wenn die Einstellelemente im Uhraschallgerät untergebracht sind — zu einer von einem Schlüssel betätigten Baueinheit zusammengefaßt sind, deren eingestellte Werte auf den Prüfkopf und auf das zu prüfende Werkstück sowie gegebenenfalls auf die AVG-Skala abgestimmt sind. Diese Einstellelemente werden bei einem einmaligen Abgleichvorgang auf eine bestimmte Prüfkopftype und eine Leuchtschirmskala passend eingestellt und fixiert, wobei die Typennummern zweckmäßigerweise auf der Steckeinheit deutlich beschriftet od. dgl. werden. Der Gerätebenutzer muß sich dann vor Beginn seiner Messung nur noch überzeugen, daß die Typenmarkierung, z. B. die Typennummern, auf Skala, Prüfkopf und Steckeinheit übereinstimmen. Dann ist die richtige Einstellung gewährleistet.

Diese notwendige Kontrolle auf Übereinstimmung der Typennummern od. dgl. kann auch automatisiert werden, indem gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung, die Steckeinheit, der Prüf^opf oder der Schlüssel der schlüsselbetätigten Baueinheit :sowie gegebenenfalls die AVG-Skala mechanisch oder elektrisch, z. B. durch Kurzschlußbrücken, in gewünschter Weise so verriegelt sind, daß bei gleichzeitiger Verwendung aller dieser Teile die zugehörigen Stromkreise eingeschaltet sind

Stimmt diese Kontaktkombination nicht überein, hat sich der Benutzer also bei der Auswahl der Typennummern geirrt, ist das Gerät nicht betriebsbereit. Statt Stecker mit Kurzschlußbügeln können auch noch weitere Programmiereinheiten, z. B. Lochkarten, Verwendung finden.

In F i g. 2 ist der bekannte Aufbau eines Ultraschall-Impuls-Echogerätes schematisch dargestellt, während eine Ausführungsform der Erfindung in den F i g. 3 bis 5 erläutert wird. Es zeigt

F i g. 3 teilweise im Schnitt, eine Baueinheit für die gemeinsame passende Einstellung mehrerer einzelnen Einstellelemente,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform hiervon, die im oberen Teil eine AVG-Skala, im unteren Teil eine Steckeinheil nach Art einer Steckkarte, darstellt,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, mit perspektivischer Darstellung einer Schutzverpackung des Prüfkopfs, bestimmt für die Tiefenauügleichsvorrichtung.

Ein Taktgeber 1, meist eine Multivibratorschaltung, bestimmt die Wiederholfrequenz der Ultraschallimpulse. Dieser Taktgeber steuert den Impulssender 2 an, der elektrische Impulse auf den elektroakustischen Wandler 3, den Prüfkopf, leitet, der sie in Ultraschallimpulse umwandelt und dann in das zu prüfende Werkstück leitet. Von Fehlern reflektierte Echos werden vom PrOfkopf 3 wieder empfangen, in elektrische Echoimpulse umgewandelt und im Verstärker 4 verstärkt, so daß sie auf einer Oszillographenröhre 5 und/oder mit einem Monitor 7 (s. Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 2. Auflage, Springer Verlag, Kap. 2.35) angezeigt werden. Die Kippstufe 6 erzeugt synchron zum Taktgenerator 1 die Zeitachse für die Oszillographenröhre.

Um die Echoamplitude, den Fehlerabstand und die Schallfrequenz an dem Impuls-Echogerät reproduzierbar einstellen oder ablesen zu können, sind noch Ein stellelemente 8 für den Verstärkungsgrad, geeicht meist in Dezibel, Einstellelemente 9a für Sendeimpulsfrequenz sowie Einstellelemente 96 für den Durchlaßbe reich des Verstärkers vorgesehen, in Form von fest voreingestellten Schaltelementen, die umschaltbar sein können. Ferner ist ein reproduzierbares Einstellelement 11 für die Flankensteilheit der Kippspannung aus der Kippstufe vorhanden, um die Flankensteilheit voreinstellen zu können.

Für die Tiefenausgleichvorrichtung wird vom Taktgenerator 1 ein Impuls entnommen, der in einer Impulsformerstufe 10 in geeigneter Weise verformt wird und dann zum Verstärker 4 als elektrische Regelspannung gelangt.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 ist eine gemeinsame passende Einstellung mehrerer Einstellelemente 12, 13, 14, 15, die den Elementen 8, 9a, 9b, 11 bzw. 10 entsprechen, dargestellt. Diese Einstellelemente können beispielsweise in Form von Linearpotentiometern ausgebildet sein und werden z. B. durch eine kammartige, mechanische Schablone 16 gemeinsam auf den jeweils passenden Wert gebracht. Zu diesem Zweck verschiebt der jeweilige stirnartige Vorsprung der Schablone über das vorstehende Schaltelement des Potentiometers die jeweiligen Einzelpotentiometer bis z. B. in die aus F 1 g. 3 ersichtlichen Stellun

Eine weitere verbesserte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Möglichkeit der Fehleinstellung dadurch und noch besser vermieden wird, indem bei der Geräteausführung mit AVG-Skala die kritischen Einstellelemente 8,9b, 9a, 10, 11 mit der AVG-Skala zu einer mechanischen Einheit verbunden werden, so daß sie zwangläufig nur mit dieser Skala zusammen ausgewechselt werden können. Zwei der zugehörigen Ausführungsformen sind in F i g. 4 dargestellt:

An die AVG-Skala 17 wird z. B. nach unten eine Steckkarte 17a wie sie in der Rechentechnik üblich ist, angebracht. Über den Stecker bzw. die Steckleiste werden die Einstellelemente 8 bis 11, die denjenigen der F i g. 2 entsprechen, mit den zugehörigen Baugruppen des Gerätes verbunden. Für Einstellelemente 9a ist in der F i g. 4 eine andere Abwandlung skizziert, bei der die Einstellelemente selbst im Gerät untergebracht sind, aber z. B. durch Kurzschlußbügel 22 über die Kontakte der Steckerleiste 18 dann das zur Skala gehörige Einstellelement ausgewählt wird. Statt Stecker mit Kurzschlußbügel können auch andere Programmiereinrichtungen, wie z. B. Lochkarten mit Abtasteinrichtung, Verwendung finden.
Wenn das Impuls-Echogerät statt mit der AVG-Ska-

la mit der Tiefenausgleichsvorrichtung ausgestattet ist, so müssen die Einstellelemente 8 bis 10 in 2 beim Wechsel des Prüfkopfes 3 neu und passend nachgestellt werden. In dieser Ausführungsform verursacht eine eventuell Fehleinstellung des Kippgenerators 6 keine Fehldiagnose, da die Entfernungsabhängigkeit der Nachweisempfindlichkeit durch den Bauteil 10 für Tiefenausgleich auskompensiert ist.

Um in diesem Falle die obengenannten Nachteile zu vermeiden, werden erfindungsgemäß die Einstellelemente 8 bis 10 in F i g. 1 mit dem Prüfkopf zu einer mechanischen Einheit verbunden. Ein solcher Prüfkopf kann aber wegen des Raumbedarfs für die Unterbringung der Einstellelemente und der erforderlichen mehrpoligen Steckverbindung für die praktische Anwendung zu unhandlich werden. Hier führt eine besondere Lösung zum Ziel: Die Einstellelemente werden nicht im Prüfkopf selbst, sondern in der Schutzverpakkung des Prüfkopfes untergebracht. F i g. 5 erläutert diese Anordnung. Ihre Kappe 19 und ihr Boden 20 sind die Bestandteile der Schutzverpackung. Der Boden 20 ist hohl zur Aufnahme der Einstellelemente, die über eine Steckleiste 2Ύ mit dem Gerät verbunden werden. Im Einzelfall können die Einstellelemente auch im Gerät untergebracht sein und durch Vorrichtungen am Prüfkopf bzw. Prüfkopfschutzverpackung gewählt oder betätigt werden. Zur Anwendung erhält der Benutzer die Vorschrift, den Prüfkopf dieser Schutzverpackung zu entnehmen und das Gerät anzuschließen sowie die Verpackung selbst in einem am Gerät vorges:ehenen Stecker einzustecken. Dadurch ist das Gerät zwangläu-

,o fig richtig eingestellt. Wenn sich der Benutzer nur angewöhnt, einen Prüfkopf nach dem Gebrauch sofort wieder in die Schutzverpackung zurückzulegen, was er ohnehin tun sollte, um Beschädigungen durch Stoß, Schlag, oder übermäßiger Verschmutzung vcirzubeugen, ist eine Verwechslung von Prüf kopf und Verpakkung ausgeschlossen. Eine andere Möglichkeit, die weniger Ansprüche an die Ordungsliebe des Benutzers stellt, besteht darin, den Prüfkopf und die Baueinheit mit den Einstellelementen durch eine Schnur oder Kette zu verbinden.

Literatur: Gebrauchsmuster 19 91 768; »Echo« Nr. 21 und 22 (Eigenverlag der Krautkrämer GmbH., Köln).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Impuls-Echogerät zur Bestimmung der Fehlergröße eines Werkstückfehlers aus der von der Fehlerstelle reflektierten Echointensität mit einem Taktgeber für die Ultraschallimpulse, einem daran angeschlossenen Impulssender mit einem Einstellelement für die Sendeimpuls-Frequenz, einem daran angeschlossenen Ultraschall-Prüfkopf, der wiederum mit einem Verstärker mit einem Einitellelement für den Versllrkungsgrud und einem Einstellelement für den Durchlaßbereich sowie mit einer daran angeschlossenen Anzeigevorrichtung verbunden ist deren Zeitachse durch eine Kippstufe synchron zum Taktgenerator erzeugt wird, sowie entweder mit einer AVG-Skala und einesn Einstellelement für die Flankensteilheit der Kippspannung oder mit einem Einstellelement für eine Tiefenausgleichvorrichtung, deren Eingang mit dem Taktgeber und deren Ausgang mit dem Verstärker verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellelemente (9a; 8; 96; 11; 10) für die Sendeimpuls-Frequenz, für den Verstärkungsgrad und für den Durchlaßbereich sowie entweder für die Flankensteilheit der Kippspannung oder für die Tiefenausgleichvorrichtung zu einer Steckeinheit (18) oder — wenn die Einstellelemente im Ultraschallgerät untergebracht sind — zu einer von einem Schlüssel betätigten Baueinheit zusammengefaßt sind, deren eingestellte Werte auf den Prüfkopf (3) und auf das zu prüfende Werkstück sowie gegebenenfalls auf die AVG-Skala (17) abgestimmt sind.

2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zusammengehöriger Prüfkopf (3), Steckeinheit (18) oder der Schlüssel der schlüsselbetätigte Baueinheit sowie gegebenenfalls AVG-Skala (17) mechanisch oder elektrisch so verriegelt sind, daß nur bei gleichzeitiger Verwendung aller dieser Teile die zugehörigen Stromkreise eingeschaltet sind.

3. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckeinheit (18) oder der Schlüssel der schlüsselbetätigten Baueinheit mit der AVG-Skala (17) und/oder dem Prüfkopf (3) zu einer mechanischen Einheit verbunden sind, derart, daß beim Wechsel von AVG-Skala (17) bzw. Prüfkopf (3) zugehörige Einstellelemente (8, 9a, 96, 10, 11) zwangläufig mitgeändert werden.

4. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Prüfkopf (3) gehörigen Einstellelemente (8,9a, 96,12,13) in der Prüfkopfschutzverpackung (19) untergebracht sind.

5. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der AVG-Skala (17) und/oder dem Prüfkopf (3) bzw. der Prüfkopfschutzverpackung (19) eine mechanische Schablone (16) verbunden ist, durch die die im Gerät untergebrachten veränderlichen Einstellelemente (12,13,14,15) auf die vorbestimmten Werte einstellbar sind.