DE2242466C3 - Switching device for determining the wall thickness of measurement objects such as plates or the like. according to the ultrasonic method - Google Patents
Switching device for determining the wall thickness of measurement objects such as plates or the like. according to the ultrasonic methodInfo
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Description
4040
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Bestimmung der Wanddicke von Meßobjekten wie Platten od. dgl. aus der am Meßobjekt erregten und ihm über Ultraschall-Empfänger-Sender rückgekoppelten Resonanzschwingung, wobei die abklingende Resonanzschwingung des Meßobjektes zeitlich verzögert und dem Schallsender wieder zugeführt wird, mit einer Zählvorrichtung für Schwingungen.The invention relates to a switching device for determining the wall thickness of objects to be measured such as Plates or the like from the excited on the test object and fed back to him via the ultrasonic receiver-transmitter Resonance oscillation, the decaying resonance oscillation of the test object being delayed in time and fed back to the sound transmitter, with a counter for vibrations.
Es ist bereits eine Vorrichtung zur Wanddickenmessung mit Ultraschall bekannt, bei der die abklingende w> Resonanzschwingung des Meßobjektes, über eine Wasservorlaufstrecke verzögert, von einem Schalempfänger empfangen wird. Diese Schwingung wird nach der, durch die Wasservorlaufstrecke gegebenen Verzög^rungszeit. die länger als die Ablkingzeit der Prüflingsresonanz ist, dem Schallsender wieder zugeführt. Ein impulsgetasteter Schallsender und ein Schallempfänger sind über eine Verzögerungsstrecke aus Wasser mit dem Meßobjekt zu einem verzögert zurückgekoppelten Kreis züsämmengeschältet Der Rhythmus der Tastung des Rückkoppelkreises zum erneuten Senden und zur Auswertung der Messung wird dabei von einer Echoimpulseinrichtüng gewonnen. Diese besteht notwendigerweise aus einem Hilfsschwinger zum Senden und Empfangen eines Ultraschallimpulses, der allerdings in seiner Frequenz von der zu erwartenden Resonanzschwingung wesentlich abweicht, damit für die eigentliche Messung keine Störung erwartet werden muß. Der Abstand dieses Hilfsschwingers mißt den Abstand des Sende- und Empfangsprüfkopfes vom Meßobjekt oder auch eine etwas größere Entfernung, so daß eine Vergrößerung der Verzögerungszeit in die Messung eingehet) kann. Der Hilfsschwinger, der beispielsweise mit einem Frequenzimpuls von ca. 25 MHz beaufschlagt wird, dient außerdem bei der bekannten Vorrichtung zur Justierung des gesamten Prüfkopfsystems gegenüber dem Meßobjekt (DE-OS 20 25 210).A device for measuring wall thickness with ultrasound is already known, in which the decaying w> resonance oscillation of the measurement object is received by a sound receiver, delayed over a water flow path. This oscillation is after the delay time given by the water flow path. which is longer than the deceleration time of the test object resonance is fed back to the sound transmitter. A pulsed sound transmitter and a sound receiver are züsämmengeschältet over a delay line of water with the test object to a delayed feedback circle. This necessarily consists of an auxiliary oscillator for sending and receiving an ultrasonic pulse, the frequency of which, however, differs significantly from the expected resonance oscillation, so that no interference has to be expected for the actual measurement. The distance of this auxiliary oscillator measures the distance between the transmitting and receiving test head from the test object or a somewhat larger distance, so that an increase in the delay time can be included in the measurement. The auxiliary oscillator, which is acted upon, for example, with a frequency pulse of approx. 25 MHz, is also used in the known device for adjusting the entire test head system with respect to the test object (DE-OS 20 25 210).
Die bekannte Vorrichtung hat folgende Eigenschaften: The known device has the following properties:
Es ist schwierig, einen Sendeprüfkopf, einen Empfangsprüfkopf und den Hilfsschwinger so miteinander und gegenüber dem Meßobjekt anzuordnen, daß die Stelle auf der Oberfläche des Meßobjektes, auf die — mit Hilfe des Hilfsschwingers — justiert wird, identisch ist mit der Stelle der Oberfläche, an der die Dickemessung durchgeführt wird.It is difficult to have a transmit probe, a receive probe and to arrange the auxiliary oscillator with one another and with respect to the test object that the Place on the surface of the measuring object to which - with the help of the auxiliary oscillator - is adjusted, identical corresponds to the point on the surface where the thickness measurement is carried out.
Damit die Vorrichtung optimal ausgerichtet werden kann, diente bisher der Hilfsprüfkopf auch als Justierhilfe. Es ist jedoch schwierig, drei Prüfköpfe gegeneinander und gegenüber dem Meßobjekt zu justieren, da drei voneinander abhängige [ustiervorgänge notwendig sind.So that the device can be optimally aligned, the auxiliary test head has previously also served as a Adjustment aid. However, it is difficult to place three probes against each other and against the device under test adjust, since three interdependent adjustment processes are necessary.
Auch bei optims'cr Justierung des Hilfsprüfkopfes kann nicht unterschieden werden, ob bei Rohren auf einer Mittellinie gemessen wird oder senkrecht zur Rohrachse. Bei einer Messung senkrecht zur Rohrachse können bei Rohren ungünstiger geometrischer Form (man hat z. B. als ungünstig das Verhältnis Wanddicke zum Rohrdurchmesser mit größer als 0,15 herausgefunden) andere Eigenresonanzen angeregt werden, statt derjenigen, die zur Dickenmessung verwertbar sind.Even with optims'cr adjustment of the auxiliary test head It is not possible to distinguish whether measurements are taken on a center line or perpendicular to the pipe Pipe axis. When measuring perpendicular to the pipe axis, pipes with an unfavorable geometrical shape can occur (For example, the ratio of wall thickness to pipe diameter has been found to be greater than 0.15 as unfavorable) other natural resonances are excited instead of those that can be used for thickness measurement.
Solche anderen Resonanzen, wie z. B. zickzackförmige Transversalwellen im gesamten Rohrumfang, liefern Falschmessungen. Durch eine Justierung des Meßsystems auf die Mantellinie eines Rohres werden solche Fehlresonanzen gegenüber Wanddickenresonanzen des Prüflings, unterdrückt.Such other resonances, such as B. zigzag transverse waves in the entire pipe circumference deliver Incorrect measurements. By adjusting the measuring system to the surface line of a pipe, such False resonances compared to wall thickness resonances of the test object, suppressed.
Dann ist zu berücksichtigen, daß der Hilfsschwinger eine Laufzeit, z. B. t2 zum Meßobjekt und zurück mißt. Diese ist größer als die Laufzeit, z. B. i, der Ultraschallwellen-'akete vom Sendeprüfkopf zum Meßobjekt und zurücK zum Empfangsprüfkopf. Die Zeitdifferenz i2-fi ist durch die geometrische Anordnung der Prüfköpfe gegeben und für ein- und dieselbe Meßvorrichtung konstant. Diese konstante Zeitdifferenz bestimmt den Zeitpunkt, nach welchem die ausschwingenden Prüflingsresonanzen der Auswertung und dem Sender wieder zugeführt werden. Dadurch wird bei einem dünnen Meßobjekt (d. h. bei hoher Resonanzfrenquenz) die Auswertung bei einer späteren freien Schwingung des Prüflings erfolgen, als bei einem dickeren Meßobjekt. Das bedeutet, daß bei einem dünnen Meßobjekt bereits während der Zeitdifferenz ti-t\ wegen der höheren Resonanzfrequenz mehrere Schwingungen mehr erfolgt sind, verglichen mit einem dicken Prüfling mit niedrigerer Resonanzfrequenz.Then it must be taken into account that the auxiliary oscillator has a running time, e.g. B. measures t 2 to the DUT and back. This is greater than the runtime, e.g. B. i, the ultrasonic wave packets from the transmitter probe to the test object and back to the receiver probe. The time difference i2-fi is given by the geometric arrangement of the probes and is constant for one and the same measuring device. This constant time difference determines the point in time after which the decaying test object resonances are fed back to the evaluation and the transmitter. As a result, in the case of a thin test object (ie with a high resonance frequency), the evaluation will take place during a later free oscillation of the test object than in the case of a thick test object. This means that with a thin test object several more oscillations have already occurred during the time difference ti-t \ because of the higher resonance frequency compared to a thick test object with a lower resonance frequency.
Eine weitere Eigenart der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß ein Hilfsschwinger benutzt werden muß, der mit einer Frequenz beaufschlagt Wird, die wesentlich von der Meßfrequenz abzuweichen hat. Daher muß für diesen Hilfsschwinger ein eigener Sender^Empfcngskreis zur Verfügung gestellt Werden. Dadurch tritt eine zusätzliche Verteuerung der Vorrichtung ein.Another characteristic of the known device is that an auxiliary oscillator can be used must, which is acted upon with a frequency that has to deviate significantly from the measuring frequency. Therefore a separate one must be used for this auxiliary transducer Sender ^ recipient group are made available. This increases the cost of the device a.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einfacherThe invention is based on the task more simply
als bisher bzw. ohne Hilfsschwinger und unabhängiger von den Abmessungen des Prüflings seine Dicke zu bestimmen. Man benutzt die Erkenntnis, eine vom Meßobjekt unabhängige Zeitdifferenz zu verwenden, die den Meßzeitpunkt so festlegt, daß jeweils die erste rein sinusförmige Schwingung des Ausschwingvorgangs als erste Schwingung der Auswertung und dem Sender zugeführt wird. Es kann sich bereits nach der sechsten Schwingung des freien Ausschwingvorganges des Meßobjektes eine rein sinusförmige Schwingung einstellen. Später auftretende Schwingungen können eventuell eine für die Auswertung zu kleine Amplitude haben. Es ist ja bekannt, daß der Ausschwingvorgang abhängig von den Dämpfungseigenschaften des Meßobjektes und des ihm ungebcnden Mediums bereits nach sehr kurzer Zeit abgeklungen sein kann.than before or without auxiliary transducers and more independently to determine its thickness from the dimensions of the test object. One uses the knowledge, one of the To use the measured object-independent time difference, which determines the measurement time so that the first purely sinusoidal oscillation of the decay process as the first oscillation of the evaluation and the transmitter is fed. After the sixth oscillation of the free decay process of the Set a purely sinusoidal oscillation of the measured object. Vibrations occurring later can possibly have an amplitude that is too small for the evaluation. It is well known that the decay process depending on the damping properties of the test object and the medium that is not bound to it can have subsided in a very short time.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß während der Dauer des Aussendens des Signals zur Anregung der Resonanzschwingung die mit konstanter Frequenz (Taktfrequenz) arbeitende Zählvorrichtung Schwingungen während eines Zeitbereiches vorwärts zzhlt, so daß die Zeitdauer des Sendeimpulses (Sendetores) feststellbar und speicherbar ist, daß nach Eintreffen des vom Meßobjekt reflektierten Signals der Zählvorgang des Zählers umkehrbar ist und beim Erreichen des Zählwertes Null bzw. des Ausgangswertes der Zählvorrichtung ein Synchronisationssignal, z. B. ein Nullsignal, an einen nachgeschalteten Torzähler gelangt, der nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit oder vorzugsweise nach Abzählung einer vorbestimmten Empfangsschwingungszahl gestartet wird und aus dem Empfangssignal ein neues Anregungssignal, bestehend aus einer vorbestimmten Anzahl von Schwingungen für einen folgenden Meßzyklus, bildetThis object is achieved in that for the duration of the transmission of the signal to excite the Resonance oscillation the counting device working with constant frequency (clock frequency) oscillations counts forward during a time period so that the duration of the transmission pulse (transmission gate) can be determined and stored that after the arrival of the Measurement object reflected signal the counting process of the counter is reversible and when the Count value zero or the output value of the counting device a synchronization signal, for. B. a zero signal, reaches a downstream goal counter, which after a predetermined time or preferably after counting a predetermined number of received oscillations is started and from the received signal a new excitation signal, consisting of a predetermined number of oscillations for a subsequent measuring cycle
Die neue Anordnung gestattet mit Hilfe lediglich eines Undefinierten Rauschens eine Justierung mit zwei Meßköpfen, wobei einer als Sender und der andere als Empfänger arbeiten.The new arrangement allows an adjustment with two with the help of only one undefined noise Measuring heads, one working as a transmitter and the other as a receiver.
Eine Au'-führungsform der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung dargestellt, die ein Blockschaltbild mit einem Sende- bzw. Empfangsprüfkopf zeigt. Die steile Vorderflanke des ausgestrahlten Sendesignals 101. z. B. eines rechteckförmigen Rauschimpulses, bleibt während des gesamten Meßvorgangs erhalten. Diese steile Vorderflankc des Impulses wir 1 nach Reflexion an der Oberfläche des Prüflings 4 praktisch in ihrer Anstiegszeit iiicht verändert. Somit kann sie als unabhängige Größe zur Triggerung und damit zur Synchronisation der Vorrichtung herangezogen werden. Gemäß der Zeichnung wird der Regelkreis durch to einen Schalter 1 aufgetrennt und dem Sendeprüfkopf 2 ein Rauschsignal vom Rauschgenerator 3 zugeführt. Das an der Oberfläche des Prüflings 4 reflektierte Signal wird über den Err.pfangsprüfkopf 5 und Verstärker 8a einem Anzeigeninstrument 6 zugeführt, dessen maximaler Ausschlag eine optimale Justierung bedeutet. Jetzt wird der Schalter 1 in die aus der Figur ersichtlichen Stellung umgelegt.One embodiment of the invention is shown in FIG single drawing shown, which shows a block diagram with a transmit or receive test head. the steep leading edge of the transmitted transmission signal 101. z. B. a square-wave noise pulse is retained during the entire measurement process. These steep leading edge of the pulse we 1 after reflection on the surface of the test object 4 practically in their Rise time not changed. It can thus be used as an independent variable for triggering and thus for Synchronization of the device are used. According to the drawing, the control loop is separated by a switch 1 and the transmitter probe 2 a noise signal is supplied from the noise generator 3. The signal reflected on the surface of the test object 4 is fed via the Err.pfangprüfkopf 5 and amplifier 8a to a display instrument 6, the maximum Deflection means an optimal adjustment. Now the switch 1 is shown in the figure Position turned down.
Das Empfangssignal 7 enthält das an der zu prüfenden Materialoberfläche 4 refelektierte Sendesignal tO2 und dann die abklingenden Schwingungen 103 aus der Eigenresonanz des Prüflings. Ober einen geregelten Verstärker Sb gelangt das Empfangssignal zur Triggerschaltung 9, wo ein Komparator den Triggerimpuls 10 bzw. 105 auslöstThe reception signal 7 contains the transmission signal tO2 which is refelected on the material surface 4 to be tested and then the decaying vibrations 103 from the natural resonance of the test object. The received signal reaches the trigger circuit 9 via a regulated amplifier Sb , where a comparator triggers the trigger pulse 10 or 105
Die Vorderflanke des Triggerimpulses markiert den Beginn des reflektierten Sendesignalpaktes 102, 103. Der Anfang des Ausschwingvorganges wird durch einen Zähler, z. B. einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 ermittelt, den der Impuls 101 startet Dieser arbeitet mit konstanter Frequenz, die ihm von einem an sich bekannten Frequenzgenerator zugeführt wird. Der Zähler Ii zählt ab seiner Grund- bzw. Nullstellung aus dem vorangegangenen Zyklus k Schwingungen des Sendetores aus und speiche« diese. D. h. der Zählvorgang (1 ... k) wurde mit der Vo«xierflanke des Sendeimpulses 101 gestartet und wird beendet mit der rückwärtigen Flanke, welche die eines Rechteckimpulses sein kann. Der durch die an der Oberfläche des Prüflit.6s 4 reflektierten Vorderflanke des Sendesignalpaketes 102, 103 ausgelöste Triggerimpuls 105 löst seinerseits den Rückwärtszählvorgang im Zähler 11 aus. Dieser Vorgang läuft bis in die Grund- bzw. Nullstellung des Zählers 11 und wird dort beendet Dann wird ein impulsförmiges Synchronisationssignal 12 (d. h. ein Nullimpuls 106) an den Zähler 13 abgegeben.The leading edge of the trigger pulse marks the beginning of the reflected transmission signal packet 102, 103. The beginning of the decay process is indicated by a counter, e.g. B. a forward-backward counter 11 is determined, which the pulse 101 starts. This works at a constant frequency, which is fed to it by a frequency generator known per se. The counter Ii counts from its basic or zero position from the previous cycle k oscillations of the transmitter gate and stores them. I. E. the counting process (1... k) was started with the counting edge of the transmit pulse 101 and is ended with the back edge, which can be that of a square pulse. The through the on the surface of the Prüflit. 6 s 4 reflected leading edge of the transmission signal packet 102, 103 triggered trigger pulse 105 in turn triggers the downward counting process in the counter 11. This process runs up to the basic or zero position of the counter 11 and is ended there. Then a pulse-shaped synchronization signal 12 (ie a zero pulse 106) is output to the counter 13.
Die Vorderflanke des Synchronisationsimpulses 12 kennzeichnet das Ende der Anregung der Resonanzschwingung durch das Sendesignalpaket bzw. den Beginn des Ausschwingvorganges (1 ... I), beendet den Triggerimpuls und startet den Zähler 13. Dieser gibt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit tyU, bzw. nach einer vorbestimmten Empfangsschwingungszahl / das Meß- und Sendetor 14a bzw. 146 frei. Das Meßtor öffnet die Auswerteinheit 15 und gibt an diese einen Meßimpuls 108 ab, während über das Sendetor dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 ein Torimpuls 104 zugeführt wird. Der Sendeimpuls bzw. das neue Anregungssignal, bestehend aus einer vorbestimmten Anzahl k von Schwingungen für den folgenden Meßzyklus, werden über den Sendeverstärker 16 dem Sendeprüfkopf 2 zugeführt, nunmehr wird in an sich bekannter Weise weitergearbeitet, gemäß DE-OS 20 25 210 und die Meßtorimpulse in der Einheit 15 ausgewertet, indem diese Impulse 108 mit einer eigenen Zählfrequenz ausgezählt und als Meßwert, ζ. Β. ή'·ζ Materialdicke des Prüflings zur Anzeige gebracht •veröer:. Hierbei wird die Schallgeschwindigkeit des zu untersuchenden Prüflings als bekannt Vorausgesetz'.The leading edge of the synchronization pulse 12 marks the end of the excitation of the resonance oscillation by the transmission signal packet or the beginning of the decay process (1 ... I), ends the trigger pulse and starts the counter 13. This is after a predetermined time tyU, or after a predetermined number of received vibrations / the measuring and transmitting port 14a or 146 free. The measuring gate opens the evaluation unit 15 and sends a measuring pulse 108 to it, while a gate pulse 104 is fed to the up / down counter 11 via the transmitter gate. The transmit pulse or the new excitation signal, consisting of a predetermined number k of oscillations for the following measuring cycle, are fed to the transmit test head 2 via the transmit amplifier 16, and work is now continued in a manner known per se, according to DE-OS 20 25 210 and the measuring gate pulses evaluated in the unit 15 by counting these pulses 108 with their own counting frequency and as a measured value, ζ. Β. ή '· ζ Material thickness of the test item displayed • veröer :. Here, the speed of sound of the test object to be examined is known as the 'advance law'.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
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