DE1960458C3 - Verfahren zur Einstellung des Tiefenausgleichs an einem UltraschaU-Impuls-Echo-Gerät auf gleichmäßige, tiefenunabhängige Fehlerempfindlichkeit - Google Patents

Description

Zur Fehlergrößenbestimmung bei der Werkstoffprüfung mit Ultraschall ist die AVG (Amplitude-Verslärkung-Größe-)Skala, siehe deutsches Gebrauchsmuster Nr. 19 91 768. bekannt. Diese Skala enthält Linien der Abhängigkeit der Echoamplitude für bestimmte Fehlergroßen von der Laufzeit im Prüfling. Verbindet mar die Echoamplitudenspitzen für eine bestimmte Fehlergröße eines Reflektors, der in unterschiedlichen Entfernungen vom Prüfkopf liegt, miteinander, so fällt die Verbindungslinie mit größer werdender Schallaufzeit wegen der Schallbündelöffnung und der Schallschwächung im Prüfling ab. Will man bei einer automatischen Prüfung alle Fehler mit einer bestimmten Fehlergröße in unterschiedlichen Entfernungen vom Prüfkopf durch Ausblendung erfassen, so treten Schwierigkeiten auf. Die automatische Fehlergrößenerfassung e»folgt in

ίο bekannter Weise 30, daß ein Schwellwertverstärker auf Echos von bestimmter Amplitudenhöhe voreinstellbar ist Stellt man nun in der Praxis diese Verstärkerschwelle auf prüfkopfnahe Fehler ein, so können Echos von gleich großen Fehlern in größerer Entfernung nicht mehr erfaßt werden. Stellt man umgekehrt auf große Entfernung vom Prüfkopf ein, so werden im Nahbereich zu kleine Fehler noch mit erfaßt

Zur Abhilfe ist bekannt, die Verstärkung in Abhängigkeit von der Schallaufzeit automatisch zu steuern. Diese Methode ist unter dem Namen Tiefenausgleich eingeführt (siehe Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall, Springer Verlag). Die justierung dieses Tiefenausgleiches muß jedoch für jeden Prüfkopftyp in Abhängigkeit von Prüfkopfdurchmesser und -Frequenz neu vorgenommen werden. Dazu benötigt man Testreflektoren in unterschiedlichen Abständen vom Prüfkopf. Aus jedem zu untersuchenden Material müssen sogenannte Eichblöcke mit entsprechenden Testreflektoren bekannter Größe zur Verfügung stehen.

Das ist sehr aufwendig und die Justierung zeitraubend.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das diesen Nachteil vermeidet Außerdem soll eine räumliche Skalenordnung zur Ausführung des Verfahrens angegeben werden.

Die genannte Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst

Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm auf einer Skala, welche die Abhängigkeit der Echohöhen zur Entfernung angibt, als Kurvenschar, wobei jeder Kurve ein verschieden großer Reflektor zugeordnet ist,

F i g. 2 ein Diagramm auf einer Skala, bei dem eine Kurvenschar vor Einzeichnung einem Tiefenausgleich unterworfen ist,

Fig.3 eine Skalenanordnung, mit einer Rückwand-Mehrechofolge alt/ Amplitudenzacken und der Rück-

50- wand-Echokurve und die

F i g. 4 und 5 den Prüfling mit in Sprungabstandsstellungen aufgesetzten Winkelköpfen.

Fig. 1 zeigt als Beispiel die Abhängigkeit der Echohöhen von verschieden großen Reflektoren von der Entfernung. Es ist zunächst eine Kurve 1 für Reflektoren eingezeichnet, die unendlich groß bzw. größer als der Schallbündelquerschnitt sind. In der Praxis liegen solche Reflektoren vor, wenn man die Rückwand eines ebenen Stückes anstrahlt Kurven 2—7 geben die Echohöhen an, die man von kreisscheibenförmigen Fehlern verschiedenen Durchmessers von in diesem Beispiel relativen Durchmessern 1,5 —20 mm, erhält. Es ist deutlich zu sehen, daß die Echoanzeigen von Kreisscheibenfehlern schneller (stärker) mit der Entfernung abfallen, als beispielsweise die Reflexionen der ebenen Rückwand, vergl. Kurve I.

Fig. 2 zeigt dieselben Verhältnisse für den Fall, daß durch richtige Einstellung des Tiefenausgleichs die

Echohöhenanzeigen von Weinen Kreisscheibenfehlern entfernungsunabhängig geworden sind. Kurven 10 bis 14 zeigen als Linien diese Echohöhen von kleinen Fehlern, die Kurve 9 zeigt die Abhängigkeit eines Kreisscheibenfehlers, der ebenso groß ist wie der Prüfkopfdurchmesser, diese Kurve entspricht der Kurve 2 in F i g. 1, Kurve 8 jedoch, entsprechend der Kurve 1 in Fig, 1, gibt eine in größerer Entfernung stark ansteigende Kurve für unendlich große Reflektoren bzw. Reflektoren, die größer als der Schallbündelquerschnitt sind.

SRtzt man nun den benutzten Prüfkopf auf eine zur Rückwand planparallele Stelle des Werkstückes, so entsteht eine Rückwand-Echofolge wie die Amplitudenzacken 16, Fig.3, es zeigen, weil der Echoimpuls von der Rückwand mehrmals, durch mehrmaligen Hin- und Rücklauf, reflektiert wird (Mehrfachechofolge). Wird an dem Ultraschallgerät nun durch Stellglieder für Verstärkung und Tiefenausgleich dafür gesorgt, daß sich die Echospitzen dieser Rückwand-Echofolge mit der Kurve 15. die der Kurve 8 der F i g. 2 entspricht, decken, so ist damit automatisch gewährleistet, da? das Gerät für kleine Reflektoren richtig, d. h. entfernungsunabhängig, eingestellt ist

Sollen nun bei der Prüfung des Werkstückes sehr kleine Fehler gefunden werden, so wird man mit einer Skala nach Fig.2 Schwierigkeiten haben, weil die von kleinen Fehlern herrührenden Echos nur noch Zacken von geringer Höhe am unteren Leuchtschirmrand erzeugen.

Man kann diesen Nachteil vermeiden, wenn man als Einstellhilfe eine Skala gemäß Fig.3 benutzt Die Skalen der Fig.2 und Fig.3 unterscheiden sich dadurch, daß die Rückwand-Echokurve, die Kurve 8 in F i g. 2, beispielsweise um 20 dB (Dezibel) nach unten, zu kleineren Werten hin, verschoben wird. Zur richtigen Einstellung des Gerätes bringt man zunächst wiederum die Spitzen der Rückwand-Echofolge mit der Rückwand-Echokurve, Kurve 15, zur Deckung. Vor Beginn der Messung muß jedoch zusätzlich die Gesamtverstärkung des Gerätes um 20 dB erhöht werden.

Will man die Prüfung mit Winkelköpfen durchführen, wie es z. B. zur Schweißnahtprüfung üblich ist, so steht am Prüfobjekt 25 in der Regel keine passende Rückwand, die senkrecht zum Schallstrahl liegt, zur Verfügung. In diesem Fall setzt man auf den Prüfling zur Einstellung des Tiefenausgleiches einen Y-Schwinger mit einer Quarzplatte im Y-Schnitt mit der gleichen Frequenz wie der Winkelprüfkopf, auf. Dieser sendet, wie der benutzte Winkelkopf, Transversalwellen aus, jedoch in senkrechter Richtung. Zur richtigen Einstellung des Tiefenausgleiches werden die Echospitzen der so entstehenden Rückwand-Echofolge auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes wiederum mit der Rückwand-Echoiiurve, der Kurve 15 in Fig.3, zur τ> Deckung gebracht Zur eigentlichen Prüfung wird anschließend der Y-Prüfkopf gegen den zu benutzenden Winkelprüfkopf, z. B. Prüfkopf 26, vertauscht Da in der Regel nicht gewährleistet ist. daß der Winkelprüfkopf bei gleicher Sendeimpulsspannung gleichen Schalldruck μ aussendet wie der Y-Prüfkopf, kann bei diesem Verfahren die Empfindlichkeits-Relation zwischen der Rückwand- Echokurve 15 in F i g. 3 und den Fehlerechokurven verloren gehen. Vor Beginn der Prüfung muß also noch einmal mit dem Winkelkopf selbst eine Normierung der Gesamtgeräteverstärkung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck sind mehrere Verfahren bekannt und gebräuchlich, die je nach Zweckmäßigkeit ejngesetat werden, Z, B.; Die Normierung auf die Echos des halbmondförmigen Teiles bzw. die Bohrung Jes Testkörpers nach DlN 54120,

Wo die zuletzt beschriebene Methode der Einstellung des Tiefenausgleiches mit Hilfe eines gesonderten Y-Prijfkopfes zu aufwendig erscheint, kann in den Fällen, in dem das Prüfstück entweder eine gerade, glatte Kante aufweist oder eine Bohrung, ersatzweise ein anderes Verfahren benutzt werden. Will man die Kantenechos als Einstellhilfe für den Tiefenausgleich benutzen, so bringt man gemäß F i g. 4 den Winkelprüfkopf nacheinander in die Position '/2, 1, IV2 und 2 Sprungabstände (vergl. DE-GM 19 91 768) von der Kante 21 entfernt, dies entspricht den Positionen gemäß Ziffern 1, H, HI, IV des Prüfkopfes 26 in Fig.4. Verstärkung und Tiefenausgleich des Gerätes werden nun wiederum so eingestellt, daß die Echospitzen dieser Anzeigen sich mit Kurve 15 in F i g. 3 decken.

Analog kann man bei der Eichung an einer Bohrung 22 gemäß F i g. 5 vorgehen, jedoch iat in diesem Fall die Kurve 15 in Fl g. eine andere Form, die vorher für den betreffenden Prüfkopf rechnerisch oder empirisch ermittelt werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß lsi der Einstellung des Tiefenausgleiches nicht nur wie üblich der Echohöhenabfall mit der Entfernung infolge der Ultraschall-Strahldivergenz berücksichtigt wird, sondern gleichzeitig der Einfluß der Schallabsorption im Werkstück. Sie ist auch, nach entsprechender Justierung, für Longitudinalwellen verwendbar.

Eine räumliche Skalenanordnung am Bildschirm eines Kathodenstrahloszillographen zur Ausführung eines der -vorstehenden Verfahren isi in Fig.3 näher erläutert Auf einen ersten Ortungsskalenkörper oder Skalenträger 23, der eine flache Form hat, ist eine zweite als Vorsatzskala 24 angeordnet z. B. augedrückt Das vorstehende, neue Verfahren bedingt eine besondere Anordnung der Markierungselemente, die z. B. im deutschen Gebrauchsmuster 19 91 768 nicht vorgesehen ist Der zweite, aus klarsichtigem Werkstoff bestehende Sicalenkörper 24, ebenfalls flacher oder leicht gekrümmter Gestalt hat horizontal angeordnete Erhöhungen oder Furchen 18,19, 20 in Linienform. Sie können z. B. aufgedruckt aufgespritzt sein, schwär?, oder farbig und sind Markierungslinien der Echoamplitudenspitzen von Reflektoren mit verschieden großen Flächen, d. h. verschiedenen Durchmessers, und zwar von Reflektoren, die Kreisscheiben von bekanntem Durchmesser entsprechen. Beispielhaft gehört zum Markierungselement 20 ein Durchmesser von 04 beim Element 19 ein Durchmesser von 1, beim Element 18 ein Durchmesser von 2 mm des gedachten Kreisscheibenreflektors. Über dei. Markierungselementen 18, 19, 20 ist ein anderes Markierungselement vorhanden, das in Fig. 3 im wesentlichen mk der Kurve 15 zusammenfällt deshalb nicht dargestellt ist und die Form einer Erhöhung oder einer Furche, aber von gekrümmter Linienform hat, wobei sein Verlauf in Linienform durch die Sollkurvenform für die Spitzen der Amplituden 16 der Rückwandechofolge und/oder der Echofolge von Kanten 21 bzw. Bohrungen 22 des Pp'iflings 25 vorbestirnmt isi. Hierbei kann der Skalenträger bzw. die Ortungsskala 23, wie durch Linien angedeutet auch kreisrunde Form haben. In der Regel ist zumindest der untere Bereich des Markierungselementes 15 durch die horizontalen Markierungselemente 18'20 geschnitten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Einstellung des Tiefenausgleichs an einem Ultraschallimpulsecho-Gerät auf gleichmäßige und tiefenunabhängige Fehlerempfindlichkeit für Reflektoren, die kleiner als der Schallbündelquerschnitt sind, bei dem zunächst für eine bestimmte Prüfkopftype die entfernungsabhängigen Höhen der Echoamplituden eines Reflektors, der kleiner ist als der Schallbündelquerschnitt, als auch für einen Reflektor, der größer ist als der Schallbündelquerschnitt, bestimmt, z.B. gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus der funktionellen Abhängigkeit der Echohöhen von der Entfernung für den kleinen Reflektor (3, 4, 5,6) und für den großen Reflektor (1) eine Kompensationsfunktion (8,15) derart gebildet wird, daß zu den jeweiligen Echohöhewerten für den großen Reflektor solche Werte addiert werden, die nötig sied, um entfernusgsunabhängige Echohöhenwerte für kleine Reflektoren zu erhalten, und daß dann die Einstellung des Tiefenausgleichs des Geräts auf die jeweilige zu verwendende Prüfkopftype derart erfolgt, daß die mit diesem Prüfkopf gemessenen Amplituden der Mehrfachechos (bei 15) von der Rückwand bzw. der Echofolge, die bei Anordnung eines Winkelprüfkopfes im Sprungabstand oder dessen Vielfachem entsprechenden Abstand entsteht, mit den entsprechenden Werten der kompensierten Echohöhenabhängigkeit des großen Reflektors durch Verstellung der Verstärkung zur Übereinstimmung gebracht werden.

2. Verfahren zur Einstellung des Tiefenausgleiches nach Anspruch I, fih Winkelprüfköpfe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kar. ε oder eine Bohrung des Prüflings aus 0,5-, 1-, 1,5-, 2-, 2,5- usw.-fachem Sprungabstand nacheinander angeschnallt und dann die zugehörigen Echos als Einstellwerte benutzt werden.

3. Räumliche Skalenanordnung am Bildschirm eines zum Ultraschall-Impuls-Echo-Gerät gehörenden Kathodenstrahloszillographen zur Ausführung eines der vorstehenden Verfahren, bei der an der Rück- oder Vorderseite eines ersten Ortungsskalenkörpers oder Skalenträgers von flacher Form ein zweiter zusätzlicher aus klarsichtigem Werkstoff bestehender Skalenkörper durch Andrücken oder dergleichen angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zweiten Skalenkörper (24) zum einen horizontal verlaufende linienförmige Erhöhungen oder Furchen (18, 19, 20) angebracht sind, deren gegenseitiger Abstand ein Maß für die Reflektorgröße ist, und daß zum anderen eine weitere linienförmige Erhöhung oder Furche (15) angebracht ist, deren Verlauf der Addition aus Kompensationskurve und Echohöhenkurve für den großen Reflektor entspricht.