DE2040642C3

DE2040642C3 - Vorrichtung zur Entfernungsmessung bei Ultraschallprüfung

Info

Publication number: DE2040642C3
Application number: DE19702040642
Authority: DE
Inventors: Heinrich 4030 Ratingen Pandorf
Original assignee: Mannesmannroehren Werke AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2040642A1; DE2040642B2

Description

45

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung bei der Ultraschallprüfung gemäß dem Oberbgeriff des Anspruchs 1.

In dem Hauptpatent P 19 05 727.3 wird das bekannte Interferometer benutzt, dessen Laufzeitstrecke aus einer variablen Flüssigkeitsstrecke besteht, durch die Ultraschallimpulse geschickt werden und nach ihrem Austritt aus dieser Strecke mit dem zu vergleichenden Echo zur Interferenz gebracht werden.

Ein anderes bekanntes Verfahren benutzt feste Eichkörper, in denen die Ultraschallimpulse magnetostriktiv erregt werden und die Sender-Empfängerspule verschiebbar angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Hauptpatent P 19 05 727.3 dahingehend zu verbessern, daß die flüssige Laufzeitstrecke, die naturgemäß einen gewissen apparativen Aufwand erfordert und bei der immer noch verschiedene, auswechselbare Maßstäbe zur Anwendung kommen müssen, durch eine elektroni- ^ sehe Steuerung ersetzt wird, welche die noch vorhandenen Nachteile beseitigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Entfernungsvergleichsstandard-Einrichtung aus einer elektronischen Schaltung besteht, die eine Komparatorstufe, welche an das die Bildschirm-Anzeigevorrichtung aufweisende Ultraschallgerät angeschlossen ist, ein der Komparatorstufe nachgeschaltetes Zeitglied, eine diesem nachgeschaltete weitere Komparatorstufe, eine Impulsstufe, deren Eingang an die Ausgangsstufen der beiden stufenlos einstellbaren Komparatorstufen angeschlossen ist, deren Stellglieder mit der geeichten Skala verbunden sind, sowie einen mit dem Ausgang der Impulsstufe verbundenen Schwingkreis aufweist, der über ein Dämpfungsglied mit einer Misch- und Trennstufe verbunden ist, und daß der Prüfkopf unter Zwischenschaltung eines Entkopplungsgliedes für die Sendebuchse und der vorstehend genannten Trennstufe für die Empfangsbuchse mit dem Ultraschallgerät verbunden ist

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerung ist, daß das Zeitglied an die Laufzeiten der Ultraschallimpulse verschiedener Werkstoffe angepaßt wird, ohne daß ein Wechsel der Entfernungsskala erforderlich ist

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen bestehen darin, daß das Verfahren, ohne Änderung an der Einrichtung, auch für getrennte Sende- und Empfängerschwinger und für das Durchschallungsverfahren angewendet werden kann. Außerdem ist die Baugröße nur noch von der Elektronik der Meßeinrichtung und der^ewünschten Skalenlänge abhängig.

In den Zeichnungen sind mögliche Anordnungen der elektronischen Einrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Steuerung schematisch dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung der Elektronikeinrichtung, F i g. 2 eine abgewandelte Anordnung von F i g. 1,

F i g. 3 den Verlauf der Impulse zwischen den Stufen der elektronischen Einrichtung und zwischen Ultraschallprüfkopf und Ultraschallgerät.

In der in F i g. 1 gezeigten Lösung ist das Ultraschallgerät 1 mit einem Anschluß 2 versehen, durch den es mit einer Komparatorstufe 3 verbunden ist. Der Komparatorstufe 3 ist ein Zeitglied 4 und eine Impulsstarre (6) nachgeschaltet Der Ausgang der Zeitstufe 4 ist mit einer weiteren Komparatorstufe 5 verbunden, deren Ausgangsstufe ebenfalls mit der Impulsstufe 6 verbunden ist. Dieser Impulsstufe 6 ist ein Schwingkreis 7 nachgeschaltet, dessen Schwingungen über ein Dämpfungsglied 8 an eine Misch- und Trennstufe 9 gelangen. Die Sendebuchse 10 des Ultraschallgerätes 1 ist über ein Entkopplungsglied U mit dem Prüf kopf 12 verbunden. Der Ausgang der Misch- und Trennstufe 9 ist mit der Empfängerbuchse 13 des Ultraschallgerätes 1 verbunden.

In der in Fig.2 gezeigten Lösung wird auf die Trennstufe 11 verzichtet und für den Sendeimpuls und für die zu empfangenden Echoimpulse jeweils ein getrennter Ultraschallschwinger 12 und 14 angewendet.

Bei der Entfernungsmessung wird, wie F i g. 1 zeigt, dem Anschluß 2 des Ultraschallgerätes 1 die periodisch linear ansteigende Spannung der Zeitablenkung — Diagramm A in Fig.3 — entnommen und einer Komparatorstufe 3 zugeführt. Überschreitet die Zeitablenkspannung einen einstellbaren Wert der Komparatorstufe 3, dann ändert sich die Spannung am Ausgang der Komparatorstufe 3, z. B. von null auf einen positiven Wert, wie in Diagramm B in F i g. 3 dargestellt, bis zum Rücklauf der Zeitablenkung. Die Ausgangsspannung der Komparatorstufe 3 wird einem Zeitglied 4, z. B. einer Integratorstufe, und einer Impulsstufe 6 zugeführt.

10

15

20

Während des positiven Spannungszustandes der Komparatorstufe 3 gibt das Zeitglied 4 an seinem Ausgang ejne linear ansteigende Spannung ab — Diagramm C in Fig.3 —. Der Ausgang der Zeitstufe 4 ist mit einer weiteren Komparatorstufe 5 verbunden. Der Vergleichswert der Komparatorstufe 5 ist ebenfalls einstellbar. Sobald die Spannung am Ausgang des Zeitgliedes 4 größer als der Vergleichswert der Komparatorstufe 5 ist, wechselt der Spannungszustand am Ausgang der Komparatorstufe 5, wie in Diagramm D in Fig.3 ^Js Beispiel gezeichnet Der Ausgang der Komparatorstufe 5 ist wiederum mit der Impulsstufe 6 verbunden. Die Impulsstufe 6 erzeugt jeweils bei einem positiven Spannungsanstieg der Komparatorstufen 3 und S kurze Impulse, die den nachgeschalteten Schwingkreis 7 zu gedämpften Schwingungen anstoßen. Die Impulse am Ausgang der Impulsstufe 6 sind in Diagramm E und die gedämpften Schwingungen des Schwingkreises 7 in Diagramm Fder F i g. 3 dargestellt Durch entsprechende Umschaltung der Impjlsstufe 6 können am Ausgang der fmpufsstufe auch die inversen Impulse erzeugt werden, so daß die Schwingungen des Schwingkreises 7 eine Phasendrehung von 180" erfahren. Frequenz und Dämpfung des Schwingkreises 7 können den zur Anwendung kommenden Ultraschallprüfköpfen angepaßt werden. Die Schwingungen des Schwingkreises 7 gelangen über ein einstellbares Dämpfungsglied 8 an eine Misch- und Trennstufe 9. Die von der Senderbuchse 10 des Ultraschallgerätes 1 kommenden Sendeimpulse gelangen Ober ein Entkopplungsglied 11 zum Prüfkopf 12. Das Entkopplungsglied 11 hat die Aufgabe, die hochgespannten Sendeimpulse durchzulassen, dagegen die wesentlich kleineren von den Ultraschallechos im Prüfkopf 12 erzeugten elektrischen Schwingungen zu sperren. Diagramm G in F i g. 3 zeigt die an Anschluß 10 auftretenden Sendeimpulse und Diagramm H in F i g. 3 die am Prüfkopf 12 entstehenden Schwingungen. Durch entsprechende Einstellung der Schwellwerte bzw. Vergleichsspannungen der beiden Komparatorstufen 3 und 5 wird der zeitliche Abstand der Schwingungen des Schwingkrei-

JO

35

40 ses 7 so gewählt, daß sie entweder mit dem Sendeimpuls und einem Echo oder mit zwei Echos zur Deckung gelangen. In der Mischstufe 9 erfolgt eine Addition oder Subtraktion je nach Phasenlage der zeitlich zueinander gehörigen Schwingungen. Der Ausgang der Misch- und Trennsiufe 9 ist mit der Empfängerbuchse 13 des Ultraschallgerätes 1 verbunden. Diagramm /in Fig.3 zeigt die bei Addition auftretenden Schwingungen an der Empfängerbuchse 13. Die zeitliche Obereinstimmung eines Prüfechos mit einem vom Schwingkreis 7 erzeugten Vergleichsechos kann auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes 1 an einer Verminderung oder Vergrößerung der entsprechenden Prüfechos erkannt werden. Das Stellglied zur Einstellung der Vergleichsspannung des !Comparators 3 ist mit einer in Längeneinheiten geteilten Skala verbunden (Einstellung des Nullpunktes). Das Stellglied für Vergleichsspannung des Korn para tors 5 wird mit einer auf der gleichen Skala gleitenden Marke verbunden. Durch die Proportionalität zwischen Skala und Vergleichsspannung des Komparators 5 und durch den linearen Anstieg der Ausgangsspannung des Zeitgliedes 4 ist auch der zeitliche Abstand der beiden Vergleichsechos proportional zur Längenteilung der Skala, so daß bei Deckung der Vergleichsechos mit den Prüfechos unmittelbar die Entfernung zwischen der Eintrittsstelle des Ultraschalls in den Prüfkörper und einer Reflexionsstelle oder zwischen zwei Reflexionsstellen auf der Skala abgelsen werden kann. Die Anstiegszeit der Ausgangsspannung des Zeitgliedes 4 ist einstellbar und kann an die Schallgeschwindigkeiten verschiedener Werkstoffe angepaßt werden.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung wird für den Sendeimpuls und für die zu empfangenden Echoimpulse jeweils ein getrennter Ultraschallschwringer 12 und 14 angewendet Diese Anordnung eigent sich sowohl für das Ultraschallreflexionsverfahren als auch für das Durchschallungsverfahren. Die Funktion der Anordnung in Fig.2 ist die gleiche wie in Fig. 1. Es wird lediglich auf die in F i g. 1 dargestellte Trennstufe 11 verzichtet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entfernungsmessung bei der Ultraschallprüfung mit einer Entfernungsvergleichs-Standard-Einrichtung, einem Ultraschallprüfkopf für den Prüfling und einer Bildschirm-Anzeigevorrichtung zum Vergleich der vom Prüfling und von der Entfernungsvergleichsstandard-Einrichtung empfangenen Impulse, bei der der Entfernungsver- gleichswert stufenlos einstellbar ist und diese Einstellung so erfolgt, daß sich vom Prüfling und von der Entfemungsvergleichsstandard-Einrichtung empfangene Impulse auf der Bildschirm-Anzeigevorrichtung deckungsgleich überlagern und bei der is eine geeichte Skale zur Entfernungsablesung mit der Entfernungsvergleichsstandard-Einrichtung gedoppelt ist, nach Patent P 19 05 7273, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsvergleichsstandard-Einrichtung aus einer elektronisehen Schaltung besteht, die eine Komparatorstufe (3), welche an das die Bildschirm-Anzeigevorrichtung aufweisende Ultraschallgerät (1) angeschlossen ist, ein der Komparatorstufe (3) nachgeschaltetes Zeitglied (4), eine diesem nachgeschaltete weitere Komparatorstufe (5), eine Impulsstufe (6), deren Eingang an die Ausgangsstufen der beiden stufenlos einstellbaren Komparatorstufen (3, S) angeschlossen ist, deren Stellglieder mit der geeichten Skala verbunden sind, sowie einen mit dem Ausgang der Impulsstufe (6) verbundenen Schwingkreis (7) aufweist, der über ein Dämpfungsglied (8) mit einer Misch- und Trennstufe (9) verbunden ist, und daß der Prüfkopf (12) unter Zwischenschaltung eines Entkopplungsgliedes (U) für die Sendebuchse (10) und der vorstehend genannten Trennstufe (9) für die Empfangsbuchse (13) mit dem Ultraschallgerät verbunden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf die Trennstufe (11) für die Sende- und Echoimpulse jeweils getrennte Ultraschallschwinger (12 und 14) eingesetzt sind.