DE2204237C3

DE2204237C3 - Vorrichtung mit einer Ultraschallsonde zur Prüfung von Werkstücken

Info

Publication number: DE2204237C3
Application number: DE2204237A
Authority: DE
Inventors: Christian Charles Senlis Flambard; Alain Rene Creil Lambert; Michel Jean Senlis Pacreau
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1975-08-28
Also published as: JPS5323283U; DE2204237A1; CA945250A; US3798961A; DE2204237B2; GB1354651A; IT947872B; FR2127137A5; JPS5347989Y2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken, welche eine Sende-, Empfangs- oder Sende- Empfatigs-Ultraschallsonde aufweist, deren Ankopplung an das Werkstück über einen flüssigkeitsgefüllten Hohlkörper erfolgt, dessen durchbrochener Boden mittels einer biegsamen Membran verschlossen ist und in dessen Wand Füll· und Austrittsöffnungen zur vollständigen Füllung des Raumes im Hohlkörper zwisehen der Membran und der Ultraschallsonde vorgesehen sind.

Bei der Prüfung von Werkstücken auf Fehler mit Hilfe der Ultraschalltechnik werden die Phänomene der Ausbreitung und Reflexion von Schwingungswellen, die durch piezoelektrische, magnetostriktive oder magnetoelektrische Sonden erzeugt werden, beobachtet. Hierbei besteht die Schwierigkeit, die von der Sonde erzeugten Ultraschallschwingungen in zweckentsprechender Weise auf das Werkstück, das geprüft werden soll, zu übertragen und/oder die reflektierten Schwingungen zu empfangen.

Bei bekannten Geräten ist die Ultraschallsonde in einem Stutzen montiert, der mit Flüssigkeit gefüllt und dessr*· r igförmiger Boden mittels einer Membran verschlossen ist Hierbei ergeben sich Schwierigkeiten, wei.i der ringförmige Boden des Gehäuses sehr genau gegen das zu prüfende Teil angelegt werden muß, so daß die einwandfreie akustische Kopplung zwischen der Ultraschallsonde und dem zu prüfenden Werkstück nicht immer gegeben ist. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß die Oberfläche des Teils, gegen die man den Stutzen od. dgl. anlegt, ja beliebig geformt sein kann.

In manchen Fällen geht man auch so vor, daß die aktive Fläche der Sonde und/oder der Oberflächenbereich des zu prüfenden Werkstücks mit einer ölschicht versehen werden. Auch hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da die beiden Flächen gleichzeitig genau gegeneinander angelegt bzw. angedrückt werden müssen, wobei die Kopplungseigenschaften konstant zu halten sind.

Es ist weiterhin bekannt, als Kopplungsmedium zwischen der Sonde und dem zu prüfenden Werkstück eine Flüssigkeitssäule vorzusehen, die unter einem vorgegebenen Druck ausläuft Dieses Verfahren ist aber bei der Mehrzahl der praktisch auftretenden Fälle nicht anwendbar.

Weiter sind Geräte bekannt, bei denen ein Zwischenblock zwischen die Sonde und das zu prüfende Teil eingebracht wird, wobei sich jedoch die gleichen Probleme hinsichtlich der einwandfreien Kopplung zwischen diesem Zwischenblock und dem zu prüfenden Werkstück ergeben. Dtrartige Geräte sind beispielsweise Gegenstand der französischen Patentanmeldung 70-20302 vom 3. Juni 1970.

Weiterhin ist aus der US-PS 2 532 507 eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, bei welcher eine elastische Membran einen rohrförmigen Stutzen an einem Ende überragt, um gut an das Werkstück angelegt werden zu können. Bei dieser Vorrichtung besteht auch die Möglichkeit, den Innenraum vollständig über eine Ein- und Auslaßleitung mit einer entsprechenden Flüssigkeit zu füllen, um eine gute Kopplung zwischen der Membran und dem elektroakustischen Wandler zu erzielen. Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß keinerlei Vorrichtungen zu einer einwandfreien Positionierung gegenüber dem zu untersuchenden Werkstück vorgesehen sind, so daß mit Schwierigkeiten bei der Prüfung zu rechnen ist und insbesondere die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse zu wünschen übrig läßt.

Schließlich ist aus der US-PS 3 233 449 ein Gerät zur Ultraschallprüfung von Werkstücken bekannt, bei welchem der die üUraschallsonde tragende Teil Stützelemente in Form von vier höhenverstellbaren Füßen aufweist. Diese vier Füße sind an oen vier Ecken einer Tragplatte angeordnet. Zu ihrer Verstellung müssen sie entsprechend weit in die die Ultraschallsonde aufnehmende Tragplatte eingeschraubt oder herausgeschraubt werden. Es ist leicht einzusehen, daß die Justierung dieser vier Schrauben stets eine Quelle von Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten darstellen wird. Außerdem ist bei dieser bekannten Vorrichtung keine Membran in Verbindung mit einem flüssigkeitsgefüllten Hohlraum vorgesehen. Es wird vielmehr so vorgegangen, daß mittels der Stützelemente ein verhältnismäßig kleiner Abstand zwischen der Tragplatte und dem zu prüfenden Werkstück eingestellt wird, wodurch die Schwierigkeiten bei Benutzung dieser bekannten Vorrichtung natürlich noch vergrößert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher nun, eine Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken unter Verwendung einer Ultraschallsonde zu schaffen, bei der die Gewähr gegeben ist, daß die Messung unabhängig von der Form des Bereichs des Werkstücks, an dem die Kopplung herzustellen ist, einwandfrei und unter vollkommener Kopplung erfolgt, wobei die Justierung bzw. Anpassung an unterschiedliche Werkstücke rasch und in einfacher Weise unter Verwendung von ohne großen Aufwand zur Verfügung stellbaren Mitteln erfolgen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung bei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art nun vorgeschlagen, daß zwei auf beiden Seiten der Durchbrechung des Hohlkörperbodens gegenüber der

Außenfläche des Randes der Durchbrechung vorspringende, direkt am Werkstück anliegende Stützelemente vorgesehen sind, von denen eines als zylindrischer Teil ausgebildet ist, während das andere ein hinsichtlich seiner Lage verstellbares kugelförmiges Element ist

Eine derart ausgebildete Vorrichtung bietet den Vorzug, daß die justierung des flüssigkeitsgefüllten Hohlkörpers mit der Ultraschallsonde gegenüber dcns Werkstück rasch und äußerst einfach erfolgen kann, da nur ein TeH. nämlich das kugelförmige Stützelement, verstellt werden muß. Wetterhin bringt die Kombination eines zylindrischen mit einem kugelförmigen Stützelement den Vorzug, daß diese beiden Elemente eine Anpassung an eine Vielzahl von Oberflächenformen des zu prüfenden Werkstücks gestatten. Beispielsweise ist eine einwandfreie Anlage bei einem ebenen, zylindrischen oder sphärischen Werkstück möglich, ohne daß eine besondere Justierung nötig wäre. Schließlich läßt sich die Vorrichtung ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand in der beschriebenen Weise ausgestalten.

Es wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß für den Hohlkörper Halteelemente vorgesehen sind, die einen das Werkstück aufnehmenden Sockei aufweisen, der mit einem höhenverstellbaren Arm versehen ist. welcher den Hohlkörper oberhalb des Sokkels hält. Auf diese Weise läßt sich die Handhabung des Geräts nach der Erfindung noch vereinfachen.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt entlang der Linie 1-1 in F i g- 2 durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der F i g. 1 in Richtung des Pfeils II in F i g. 1. F i g. 3 einen Schnitt nach Linie lll-III in F i g. 1, F i g. 4 eine Ansicht einer Variante der Vorrichtung der F i g. 1 bis 3,

F i g. 5 im Vertikalschnitt nach Linie V-V der F i g.6 den unteren Teil des in der vorerwähnten französischen Patentanmeldung beschriebenen Prüfgeräts nach ervoilkommnung im Sinne der Erfindung und Fig.β einen Längsschnitt nach line Vl-Vl in F i g. 5.

Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Gerät ist zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken oder Teilen mittels einer Ultraschallsonde f bestimmt, die mit einem geeigneten Meß- oder Analysiergerät 2, bei spielsweise einem Generator für elektrische Impulse und einer Kathodenstrahlröhre, verbunden herden kann.

Die Kopplung zwischen der Sonde 1 und dem zu prüfenden Teil 3 geschieht über einen Hohlkörper 4, der mit Flüssigkeit 5 gefüllt ist Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper 4 von einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse gebildet in dessen oberem Teil die Sonde 1 befestigt, beispielsweise eingeschraubt, ist. Der untere Teil des Gehäuses 4 weist eine Durchbrechung bzw. Ausnehmung 8 auf, die durch eine biegsame Membran 9 verschlossen ist, deren Umfang an den Umfangsrand der Durchbrechung unter Zwischenfügung eines Ringes 11 mittels eines mit einem Gewinde versehenen Ringes 12 angedrückt und dort befestigt ist.

Das Gehäuse 4 ist mit Stützelementen versehen, die gestatten, es fest gegen das zu prüfende Teil 3 anzulegen. Um dies zu ermöglichen, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Stützelemente so beschaffen, daß sie das Gehäuse 4 auf dem Werkstück 3 mittels Tragelementen 14,15 auf ruhen lassen, die mit dem unteren Teil des Ringes 12 fest verbunden und derart ausgebildet sind, daß sie genau und stabil dem zu prüfenden Bereich des Teils 3 aufruhen.

Die Stützelemente 14 und 15 sind hinsichtlich der Durchbrechung 8 des Gehäuses einander gegenüberliegend angeordnet Im vorliegenden Fall, wo es sich bei der zu prüfenden Außenfläche des Werkstücks um eine Zylinderfläche handelt ist das Stützelement 14 selbst von einem kleinen Zylinder gebildet dessen Achse orthogonal zur Schallachse 16 der Sonde 1, die im wesentlichen in der Mitte der Durchbrechung 8 des Gehäuses 4 verläuft angeordnet ist Das andere Stützelement 15 ist im vorliegenden Fall von einem teilkugeligen Körper gebildet der mit dem Ende einer Schraube 17 fest verbunden ist, welche im unteren Abschnitt des Ringes 12 angeordnet ist. Dreht man diese Schraube 17 in einer Richtung oder der dazu entgegengesetzten Richtung, so kann mit hoher Genauigkeit die Orientierung der Ebene eingestellt werden, die die beiden Stützelemente 14 und 15 außen tangiert, und zwar so, daß sie genau senkrecht zur akustischen Achse 16 des Geräts liegt und infolgedessen diese Achse 16 senkrecht zu dem zu prüfenden Oberflächenelement des Teils 3 verläuft.

Die Abmessungen und die Grundanordnung der Einheit sind derart gewählt daß die biegsame Membran 9 sich gegen das Teil 3 anlegen kann.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die untere Außenfläche des Ringes 12 zwei parallele, diametral gegenüberliegende Rippen 18,19 auf. Der Stützzylinder 14 stützt sich gegen die Seitenfläche 20 der Rippe 18, während die Schraube 17, welche den Kugelkörper 15 trägt, die andere Rippe 19 durchsetzend angeordnet ist.

Das Gehäuse 4 ist mit einer Füllöffnung 21 und mit einer Austrittsöffnung 22 ausgestattet, die jeweils mit Verschlußelementen versehen sind, die im vorliegenden Fall von zwei kopflosen Schrauben 23,24 gebildet sind. Die Füllöffnung 21 kann so in Verbindung mit einer Leitung 25 gebracht werden, die zur Verbindung mit einer entsprechenden Quelle für eine geeignete Flüssigkeit bestimmt ist, während die Austrittsöffnung 22 mit einer anderen Leitung 26 für die Abgabe von Luft oder überschüssiger Flüssigkeit verbunden werden kann.

Das vorbeschriebene Gerät arbeitet folgendermaßen:

Nachdem die Sonde 1 entsprechend mit dem Instrument 2 verbunden wurde, legt man das Gehäuse 4 mittels der Stützelemente 14 und 15 gegen den Teil der Oberfläche des Werkstücks 3 an, der geprüft werden soll. Anschließend wird das Innere des Gehäuses 4 über die Leitungen 21 und 25 mit der Flussigkeitsquelle verbunden, während die Austrittsöffnung 22 geöffnet ist. Sobald der gesamte Innenraum des Gehäuses 4 zwischen der Sonde 1 und der Membran 9 gut mit Flüssigkeit gefüllt ist d.h., wenn etwas Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung 26 auszutreten beginnt, schließt man die Schraube 24 und läßt weiterhin Flüssigkeit durch die öffnung 25 in das Gehäuse 4 eintreten, bis die biegsame Membran 9 einwandfrei der Oberfläche des zu prüfenden Teils 3 anliegt so daß die Kopplung zwischen der Sonde 1 und dem Teil 3 unter den bestmöglichen Bedingungen hergestellt ist.

Das Gehäuse 4 ist auf steife Weise auf dem Teil 3 angeordnet und die Membran 9, die sehr biegsam ist, i«

nicht in der Lage, auf irgendeine Weise die Anordnung bzw. Lage zu stören. Darüber hinaus kann die Form des zu prüfenden Bereichs des Teils 3 keinerlei Einfluß mehr auf die Relativlage der Sonde gegenüber dem Teil 3 haben.

Mit einem Gerät nach der Erfindung können Werkstücke beliebiger Formgebung geprüft werden. Es genügt, wenn hierzu die Stützelemente 14, 15 ebenfalls eine entsprechende Form erhalten. Zur Prüfung von Werkstücken mit ebener Oberfläche 3Λ kann das Gerät dem Werkstück direkt mittels der beiden Rippen 1«, 19 angelegt werden.

In F i g. 4 ist eine Variante dargestellt, die bereits das gesamte Gerät der F i g. 1 enthält, welches insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Gerät 10 entlang einer vertikalen Stange 31 verschieblich gelagert. Die Stange 31 ist an einem Arm 32 gehaltert, der in der Höhe gegenüber einer vertikalen Strebe 33 verstellbar ist, deren unteres Ende an einem Sockel 34 befestigt ist. Das zu prüfende Werkstück 3 ist in diesem Fall eine Röhre, die auf zwei horizontalen Rollen 35,36 aufruht, die beispielsweise ausgehend von einem mit einem Reduziergetriebe 37 versehenen Motor über eine Transmission langsam in Drehbewegung versetzt werden können. Die Transmission ist in der Zeichnung schematisch durch die Riemen 38, 39 veranschaulicht.

Das Gerät der F i g. 4 wird entsprechend dem der F i g. 1 benutzt. Die Handhabung ist jedoch dadurch erleichtert, daß die gesamte Prüfanordnung 10 von der Stange 31 gehalten wird, auf der sie vertikal gleiten kann. Auf diese Weise kann man sie bequem und leicht anheben, um das zu prüfende Teil 3 auszuwechseln. In jedem Fall erfolgt jedoch die Kopplung zwischen der Sonde 1 und dem Teil 3 wieder vollkommen, da das Gerät jedesmal über seine beiden Stützelemente 14 und 15 direkt auf der Oberfläche des zu prüfenden Teils aufruht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse 10 nach unten und gegen das Teil 3 mittels einer Feder 40 gedrückt, die für einen entsprechenden Anpreßdruck der Tragelemente 14 und 15 gegen das Teil 3 sorgt.

Man. könnte auch, als weitere Ausführungsform, das Gehäuse 10 fest gegenüber dem Tragsockel 34 abstützen, d. h. keine direkten Stützelemente, z.B. die EIemente 14 und 15, verwenden.

Die F i g. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches für das Gerät gemäß der vorerwähnten französischen Patentanmeldung verwendbar ist, die sich mit einer Verbesserung an Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Messung der Dicke einer interessierenden Schicht durch eine Veränderung der oberflächlichen Struktur bzw. des oberflächlichen Aufbaus eines Materials befaßt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Sonde 1 sich entlang der halbzylindrischen Außenfläche eines Blocks 42 bewegen und die Kopplung zwischen diesem Block 42 und dem zu prüfenden Teil 3 erfolgt über die Flüssigkeit 5, die in dem Hohlraum enthalten ist, der zwischen der ebenen Unterfläche des halbzylindrischen Blocks 42 und dem Boden 43, dessen durchbrochener Mittelteil durch die biegsame Membran 9 verschlossen ist, ausgebildet ist. Die Fülleitungen 21, 25 und die Austrittsleitungen 22 und 26 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3 bezeichnet.

In F i g. 5 sind auch zwei Unterlegelemente 45 und 46 von zylindrischer Form dargestellt, die zwischen den durchbrochenen Boden 43 und die zylindrische Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks 3 derart eingesetzt sind, daß sie eine sehr genaue, feste Positionierung des Blocks 42 gegenüber dem Teil 3 gewährleisten.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung stimmt mit der vorerläuterten überein, d. h„ die biegsame Membran 9 legt sich einwandfrei gegen den zu prüfenden Oberflächenbereich des Teils 3 an und gewährleistet eine tadellose akustische Kopplung.

Die gleiche Vorrichtung kann zur Prüfung von Teilen verwendet werden, deren Oberfläche eine völlig andere Formgebung aufweist, beispielsweise für eine ebene Oberfläche, wie sie bei 3/4 angedeutet ist. In diesem Falle läßt man wiederum den Boden 43 direkt auf der ebenen Fläche des Teils 3/4 aufruhen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ^^

1. Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken, weiche eine Sende-, Empfangs- oder Sende-Empfangs-Uhraschallsonde aufweist, deren Ankopplung an das Werkstück über einen flüssigkeitsgefüllten Hohlkörper erfolgt, dessen durchbrochener Boden

■' mittels einer biegsamen Membran verschlossen ist und in dessen Wand Füll- und Austrittsöffnungen zur vollständigen Füllung des Raumes im Hohlkörper zwischen der Membran und der Ultraschallsonde vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf beiden Seiten der Durchbrechung (8) des Hohlkörperbodem (12) gegenüber der Außenfläche des Randes der Durchbrechung vorspringende, direkt am Werkstück (3) anliegende Stützelemente (14, 15,- 45, 46) vorgesehen sind, von denen eines als zylindrischer Teil (14, 45) ausgebildet ist. während das andere hinsichtlich seiner Lage verstellbares kugelförmiges Element (15,46) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Hohlkörper (4, 10) Halteelemente (31 bis 34) vorgesehen sind, die einen das Werkstück (3) aufnehmenden Sockel (34) aufweisen, der mit einem höhenverstellbaren Arm (32) versehen ist, welcher den Hohlkörper oberhalb des Sokkels hält.