DE2037683C3 - Werkstoffprüfeinrichtung - Google Patents

Description

Das Hauptpatent Nr. 20 30 953 betrifft eine Werk-Stoffprüfeinrichtung, bei der ein Schallwandler in der öffnung eines Gehäuses montiert und fiber eine Membran an das zu prüfende Werkstück koppeibar ist und die Membran Teil eines in der Gehäuseöffnung befestigten Einsatzes bildet, der einen im Verhältnis zu dem. Membranteil dickeren, diesen umgebenden Ringteil aufweist, in den der Wandler in Abstand vom Membrananteil eingesetzt ist, so daß Radialmodus-Schwingungen des Wandlers in Axialmodus-Schwingungen des Membranteils überführt werden.

Das Hauptpatent befaßt sich mit der generellen Aufgabe, eine möglichst gute Kopplung zwischen dem zu untersuchenden Werkstück und dem Empfangswandler ohne Kopplungsmedium zu erzielen, so daß auch bei Verwendung von im Radialmodus schwingenden Wandlerkristallen dem Empfänger noch ein genügend hohes Signal zugeführt wird. Ist dieser Empfangswandler mit einem die Schallimpulse in das Werkstück einkoppelnden Sendewandler in einer Baueinheit vereinigt, so ergibt sich die weitere Aufgabe, trotz des so Fehlens eines Kopplungsmediums auch zwischen dem Sendewandler und dem zu untersuchenden Werkstück eine möglichst gute akustische Kopplung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der mit dem empfangenden Wandlet im gleichen Gestell montierte Sendewandler die Schallimpulse durch Wirbelströme in das zu prüfende Werkstück einkoppelt

Die Wirbelstromeinkopplung von Schallsignalen in zu untersuchende Werkstücke ist zwar grundsätzlich aus der USA.-Patentschrift 34 53872 bekannt Während dort jedoch mit einem Dauerton im Hörfrequenzbereich gearbeitet wird, gestattet die erfindungsgemäße Einrichtung die Beaufschlagung des Prüflings durch einzelnen Impulsen entsprechende Wirbelfelder, wobei die zu messenden Materialeigenschaften nach der Laufzeitmethode ermittelt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist für die Laufzeitmethode gerade deshalb besonders geeignet, weil Sende- und Empfangswandler im gleichen Gestell, d. h. in stets gleicher und fester Zuordnung[relativ zueinander, montiert sind.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 ein elektrisches Blockschaltbild einer zerstörungsfrei arbeitenden Werkstückprüfeinrichtung,

Fig.2 eine Ausführungsform der Sende- und Empfangs-Wandlereinheit in teilweise geschnittener Darstellung und

Fig.3 einen Schnitt durch den Empfangswandler längs der Linie IH-III nach F i g. 2.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Prüfungseinrichuing 10 einen Sender 12, der «.ine Folge von intermittierend auftretenden Impulsen erzeugt Der Sender 12 ist mit einer Untersuchunsseinheit 14 gekoppelt, wobei die von dem Sender 12 ausgehenden Impulse einen Wandler 16 in der Untersuchungseinheit 14 erregen.

Die von den Impulsen bewirkten Schwingungen werden über ein Werkstück 32 von einem weiteren Wandler 15 in der Untersuchungseinheit 14 empfangen, wobei aus diesen Impulsen ein ähnliches elektrisches Signal erzeugt wird. Dieses elektrische Signa! wird einem Empfänger 18 zugeführt, der seinerseits mit einem Vertikal-Ahlenkgenerator 20 gekoppelt ist; von dort gelangt das elektrische Signal an die Vertikal-Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre 22. Der Sender 12 wird von einem Impulsgenerator 24 ausgesteuert, der außerdem einen Horizontal-Ablenkgenerator 26 treibt, der seinerseits mit den Horizontal-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 22 gekoppelt ist

Das Ergebnis der von dem Empfänger. 18 und dem Horizontal-Ablenkgenerator 26 empfangenen Signale wird in einem Bild 28 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 22 sichtbar gemacht Dieses Bild gibt die empfangene Energie in Form von dem Initialimpuls entsprechenden Nadeln wieder. Außerdem werden Nadeln angezeigt die etwaige Fehler und die Reflexionen von dem zu prüfenden Material anzeigen. Die Ankunftszeit der Nadeln steht im Verhältnis zur Dicke des untersuchten Materials. Eine räumliche Verschiebung in der Ankunftszeit des von dem Empfänger aufgenommenen Signals zeigt an, daß ein Riß oder Fehler in dem Material vorliegt

In einigen Fällen gibt das Schirmbild der Kathodenstrahlröhre 22 die rückkehrende Energie als Maßstab für die Zeit wieder, die die Ultraschallenergie benötigt, um von dem Sendewandler 16 zu dem Empfangswandler 15 zu gelangen. Besteht ein Riß oder Fehler in dem Material, so nimmt die Laufzeit in Abhängigkeit vom Fehlertyp zu oder ab. Auch Schwankungen in der Dikke des Werkstücks lassen sich als Änderung der Laufzeit der Ultraschallenergie feststellen, wobei die Lage der Impulsnadel auf dem Oszillokop relativ zu einer Bezugsmarke ein Maß für die Dicke des Werkstücks ist

Die in F i g. 2 gezeigte Untersuchungseinheit umfaßt ein Gestell 102 mit einem Sendewandler 16 und einem Empfangswandler 15. Bei dem Sendewandler handelt es sich um den Wirbelstromtyp, während der Empfangswandler 15 vom Kontakttyp ist Mit der Untersuchungsemheit ist ein Kabel 108 verbunden, das durch das Gestell 102 verläuft und an die Wandler 15 und 16 angeschlossen ist Der Kontaktwandler 15 der Untersuchungseinheit steht in körperlichem Kontakt mit dem Werkstück 32. In dem Gestell 102 sind die Wandler 15 und 16 in festem Abstand voneinander gehalten. Der Sendewandler 16 umfaßt einen in dem Gestell 102 be-

ßixlüchen Einsatz 87 mit einem mittleren Dorn 89. Um den herausragenden Dorn 89 ist eine Drahtspüle 91 gewickelt, die über die Drähte des Kabels 11« mit dem Sender 12 verbunden ist Die Drahtspule 91 ist in geeigneter Weise innerhalb des Einsatzes 8"*. beispielsweise durch Einbetten der Spule in Epoxyharz, befestigt

Der in F i g. 2 gezeigte, mit dem Sendewandler 16 im gleichen Gestell tO2 angeordnete Empfangswandler 15 ist Gegenstand des Hauptpatents 2030953. Dieser Wandlerist in F i g. 3 im Axialschnitt gezeigt

Gemäß Fig.3 umfaßt der Sende-Kontaktwandler ein Gehäuse 112 aus relativ dichtem Material wie Messing oddgL mit einim öffnungsteil 114 an einer Seite und einer öffnung 116 an der anderen Seite. Zwischen den öffnungen 114 und 116 ist ein Loch 118 eingebohrt das eine Durchführung von Zuleitungsdrähten 119 gestattet In der öffnung 116 ist ein Einsatz I¹O dicht befestigt der gemäß Fig. 3 bei 122 durch ein Epoxyharz festgelegt sein kann.

Der Einsatz 120 weist einen mittleren Membranabschnitt 124 auf, in dessen Bereich der Einsatz verhältnismäßig dünn ist Der Einsatz 120 hat ferner einen Randabschnitt 126, der die Kante der Membran 124 umgibt Zur Erzielung bester Ergebnisse besteht der Einsatz 120 aus Plexiglas od. dgl. oder einem Material mit guten Zugfestigkeitseigenschaften. Die Dichte des Materials für den Einsatz 120 kann insofern von einiger Bedeutung sein, als die Schwingungsfrequenz des Membranbereichs 124 um so niedriger liegt, je größer die Masse ist

An den Kanten 126 des Einsatzes 120 ist ein piezoelektrischer Kristall 130 dicht befestigt, der zylindrisch geformt sein kann. Der piezoelektrische Kristall 130 ist an die Drähte 119 angeschlossen, über die er seine mechanischen Schwingungen als elektrische Impulse an den Empfänger 18 in der Schaltung nach F i g. 1 überträgt. Bekanntlich führen die meisten piezoelektrischen Kristalle Dickenschwingungen aus. Gelegentlich kann jedoch das Material für das Wandlerelement 130 von dem Typ gewählt sein, der Radialschwingungen ausführt; die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diesen Materialtyp. Von dem zu untersuchenden Werkstück werden die Schwingungen in Axialrichtung über die Membran 124 und den Einsatz 120 auf das Wandlerelement 130 übertragen.· Infolge der beschriebenen Befestigung des Wandlerelements 130 in dem Einsatz 120 wird das Wandlerelement in Radialschwingungen versetzt

Vom Mittelpunkt der Membran 124 ragt ein Kontaktelement 132 etwa in Form einer Schraube nach vorne. Das Kontaktelement 136 kann zylindrisch geformt sein und in einer etwas abgerundeten Spitze enden. Die von dem Kontaktelement 136 aufgenommene Schwingbewegung wird über die Membran 124 auf das Waridlerelement 130 übertragen. Wie in F i g. 2 gezeigt, steht das Kontaktelement 136 des Wandlers 15 in körperlicher Berührung mit der Vorderfläche des Werkstücks 32.

Beim Betrieb wird das Werkstück 32 durch das von der Spule 91 des Sendewandlers 16 erzeugte Wirbelstromfeld in Schwingungen versetzt wobei es räumlich verzerrt wird. 1st das Werkstück 32 frei von Rissen, Fehlern oder sonstigen Unregelmäßigkeiten, so weist das von dem Empfangs-Kontaktelement 136 aufgenommene Signal im Schirmbild 28 der Kathodenstrahlröhre 22 nach F i g. 1 einen konstanten Signalverlauf auf. Sollte jedoch ein Fehler vorliegen, wie er in F i g. 2 beispielsweise als eine Hohlstelle 138 angedeutet ist, so nimmt die räumliche Schwingung und damit die räumliche Bewegung des Werkstücks.eine unterschiedliche Charakteristik an, was bewirkt, daß der Empfangswandler 15 Impulssignale empfängt die je nach der Fehlerart verfrüht oder verspätet auftreten. In der oben beschriebenen Weise wird das zu den jeweiligen verschiedenen Zeiten empfangene Signal der elektronischen Schaltung zugeführt und direkt in die Kathodenstrahlröhre 22 eingegeben. Das Kontaktelement 136 läßt sich von dem Schraubelement 132 leicht entfernen und durch ein neues Kontaktelement ersetzen. Dies ist sehr zweckmäßig, wenn ein Kontakteiement 136 stärker benutzt wird und die abgerundeten Teile sich abnutzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Werkstoffprüfeinrichtung, bei der ein Schallempfangswandler in der Öffnung eines Gehäuses montiert und über eine Membran an das zu prüfende Werkstück koppeSbar ist und die Membran Teil eines in der Gehäuseöffnung befestigten Einsatzes bildet, der einen im Verhältnis zu dem Membranteil dickeren, diesen umgebenden Ringtefl aufweist, in den der Wandler in Abistand vom Membranteil eingesetzt ist, so daß Axialmodus-Schwingungen des Membranteils in Radialmodus-Scbwingungen des Wandlers übergeführt werden, nach Patent 2030953, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Empfangswandler (15) im gleichen Gestell (102) montierte Sendewandler (16) die Schaliimpulse durch Wirbelströme in das zu prüfende Werkstück einkoppelt

2. Einrichtung mit einer Schaltung zur Bestimmung der jeweiligen Laufzeit der Signale vom Sende- zum Empfangswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (15, 16) in festem Abstand seitlich nebeneinander angeordnet sind.