DE2312204C2

DE2312204C2 - Ultraschall-Impuls-Laufzeitverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE2312204C2
Application number: DE2312204A
Authority: DE
Inventors: Palle Rasmus Dipl.-Ing. Vanloese Jensen; Svend Aage Dipl.-Ing. Birkeroed Lund
Original assignee: AKADEMIET FOR DE TEKNISKE VIDENSKABER SVEJSECENTRALEN GLOSTRUP DK
Current assignee: AKADEMIET FOR DE TEKNISKE VIDENSKABER SVEJSECENTRALEN GLOSTRUP DK
Priority date: 1972-08-28
Filing date: 1973-03-12
Publication date: 1984-12-06
Also published as: IT984713B; US3939697A; JPS4946992A; DE2312204A1; GB1421575A; DK138861C; JPS5729667B2; BR7301732D0; DK138861B; FR2198641A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-lmpuls-Laufzeitverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren dient im einzelnen zur Bestimmung von Fehlern, Hohlräumen u. dgl. im Inneren von z. B .gewalzten, gegossenen und geschweißten Prüfkörpern.

Es ist bereits bekannt, unregelmäßig verlaufende, z. B. eine Schweißraupe aufweisende Prüfkörper mit einem Ultraschall-Winkelprüfkopf zu prüfen. Allerdings ist es hier und in ähnlichen Fällen notwendig, für jede einzelne Stellung des Prüfkopfes gleichzeitig die Lage des Schalleintrittspunktes auf der Prüfkörperoberfläche, den zugehörigen Einschallungswinkel zusammen mit der Laufzeitregistrierung des Ultraschalles im Prüfkörper vorzunehmen, diese Daten mit weiteren Hilfsdaten zu vergleichen und hieraus die Koordinaten des zugehörigen Fehlers im Inneren des Prüfkörpers zu ermitteln. Es wurde erforderlich, den Prüfkörper in unterschiedlicht-Stellungen und Winkellagen zu bringen und somit eine Reihe von Einzelmessungen durchzuführen, um nur einen Fehler hinreichend genau zu bestimmen.

Bei der systematischen Prüfung von größeren Gegenständen, von langen Schweißnähten u. dgl. sind die bekannten Verfahren im Betrieb zeitraubend und mit beachtlichen Unsicherheiten behaftet, weil der Bedienungsperson während des gesamten Prüfungsverlaufes bei der Ausführung einer größeren Anzahl von Messungen Ungenauigkeiten unterlaufen können. An eine einzelne Person werden somit relativ hohe Anforderungen gestellt, solche Personen stehen aber nur in beschränkter Anzahl zur Verfügung. Die bekannten Verfahren haben ferner einen beachtlichen mechanischen und elektronischen Geräteaufwand, vor allem liefern sie in der Regel Registrierwerte nur in Form von noch auszuwertenden Zwischenergebnissen (Materialprüfung, Nr. 10,1970, Seite 329-336).

Nach einem bekannten Verfahren können Markierungen, die auf Inhomogenitäten zurückgehen, auf einer Registrierfläche längs einer beweglichen Anzeigeachse erzeugt werden, wobei die streifenförmige Registrierfläche über Transportwalzen in einer Richtung befördert wird. Ein Nullpunkt auf der Anzeigeachse ist durch einen beweglich über dem Registrierstreifen angeordneten Zeiger gegeben, eine elektronische mit dem Empfänger gekoppelte Steuereinrichtung aktiviert die Markierung, indem der Zeiger über der Registrierfläche jeweils ausschlägt und eine Markicrungsbahn hinterläßt. Allerdings wird hier mit einem senkrecht in den Prüfkörper einschallenden Prüfkopf gearbeitet, so daß nur ein begrenzter Teil der Fehler erfaßt werden kann. Der Nullpunkt für die Markierungen hängt allerdings von einer Linie auf dem Registrierstreifen oder vom Anfangspunkt des Zeigers ab, so daß bestimmte auf den Prüfkopf selbst bezogene Positionen, z. B. der sogenannte Schielwinkel und damit eine genauere Beurteilune des Schallstrahls, ausscheidet. Ferner befindet sich der bekannte Nullpunkt in einer räumlichen Entfernung vom Prüfkopf. Eine genauere Aussage über die Form des Fehlers auf dem Weg über die Bildung einer Bildprojektion vermag die bekannte Anordnung nicht zu geben, sondern nur eine Art Schnitt durch den Fehler, also eine unvollständigere Darstellung (FR-PS

14 79 295).

Ferner ist ein Verfahren bekannt, durch welches von Inhomogenitäten schnittförmige Abbildungen reprodu ziert werden bzw. ein sogenanntes B-BiId. Allerdings wird hier ein senkrecht einschallender Prüfkopf verwendet, so daß die Erfassung von Fehlern begrenzt ist Zwar wird eine Mehrzahl von aus optischen Fasern bestehenden Lichtleitern oder optischen Dioden verwendet und die auf Ultraschallechos zurückgehenden Meßsignale auf einen fotografischen Film aufgenommen. Da die Enden der Lichtleiter lediglich zwischen einer Kathodenstrahlröhre und einer fotografischen Kamera angeordnet sind, haben sie keine Verbindung zum Prüfkopf, so daß eine prüfkopfbezogene Projektionsabbildung nicht herstellbar ist (DE-OS 20 58 628).

Ein anderes bekanntes Verfahren geht von einem senkrecht einschallenden Prüfkopf aus, der nur beschränkt Inhomogenitäten erfassen kann. Für die Feh- lerregistrierung ist eine bleibend feste Achse vorgesehen, so daß auf einem Registrierstreifen lediglich ein Schnitt eines Fehlers (ß-Bild) erfaßbar ist (US-PS 28 36 059). Bei Verwendung eines geradlinig bewegten, senk recht einschallenden Prüfkopfes können die Fehlertie fen längs einer nur festen Anzeigeachse auf einem Registrierstreifen registriert werden, aber lediglich als Abbildung eines Schnittes durch den Fehler (FR-PS

15 09 554) während eine andere Anordnung ein Zweifarbenoszilloskop und eine Anzeigekamera verwendet, bei der gleichzeitig eine Betrachtung und ein Fotografieren des auf dem Oszilloskop dargestellten Bildes möglich ist; letzteres Verfahren erfaßt durch einen senkrecht einschallenden Prüfkopf schlechthin die Fehler dem Ort und der Größe nach, es wird nur eine grobe Aussage über die Struktur des Fehlers selbst gemacht (US-PS 35 33 278).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren eingangs genannten Art eine genaue Bilddar stellung der Inhomogenität im Prüfkörper, auch bei un regelmäßigen Prüfbereichen leicht und visuell exakt mit relativ einfachen Mitteln zu erzeugen, auch für automatisch ablaufende Prüfverfahren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Hierdurch werden Projektionsbilder der Inhomogenität in Form von scharfen Markierpunkten gewonnen, unabhängig davon, ob der Abstand sich zwischen dem Prüfkopf und der Inhomogenität bzw. der Einfallswinkel der Schallwelle ändert und zwar in kontinuierlicher beständiger Weise, wobei die Projektion zweidimensional bzw. flächig darstellbar als auch den bisherigen A- bzw. ß-Bildern überlegen ist.

bo Bei einer Ausführungsform, die eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft und eine Anordnung Her Registrierfläche unmittelbar über und in fester Verbindung mit der Oberfläche des Prüfkörpers vorsieht, ist die Durchführung besonders einfach und die

faO Registrierfläche gibt einen besonders anschaulichen Hinweis auf die Stelle der Inhomogenität selbst. Durch Verwendung von Leuchtdioden als Anzeigeorgane wird ein Prüfer bei manueller Prüfung entlastet, ihm das Pro-

jektionsbild direkt vorgeführt und er der Berechnungen u. dgl. enthoben. Andererseits kann aber auf einer Registierfläche auf gewöhnlichem Registrierpapier parallel zur visuellen Beobachtung und Beurteilung eine bleibende Markierung der Projektion erzeugt werden. Eine weitere Ausgestaltung geht von einer vom Prüfkörper getrennten Anordnung der Anzeigeorgane aus und sieht bestimmte Kupplungen sowohl für den Prüfkopf als auch dem Prüfkörper vor, die den Prüfvorgang vereinfachen und es gestatten, entweder nur den Prüfkörper oder nur den Prüfkopf zu bewegen. Eine weitere Ausgestaltung der Prüfvorrichtung, insbesondere für die vollautomatische Prüfung sieht für die Registrierfläche als auch die Anzeigeachse eine elektronische Darstellung auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre vor. Somit entfallen mechanische Anzeigeorganc und Führungen. Diese Fernregistrierung kann auch so ausgestaltet werden, daß die relative Position Prüfkörper-Prüfkopf durch Schallwellen aussendende Schwinger und zugehörige Mikrofone erfaßt und über eine Koordinatenregistrierschaltung wiederum auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre aufgezeichnet wird. Hier entfallen mechanische Führungen und zugehörige Positionsgeber, die Prüfung wird bequem und der empfindliche elektronische Steuer- und Registrierteil kann vom Prüfkörper ganz getrennt werden.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch und in perspektivischer Darstellung einen Prüfkörper mit Prüfköpfen und Registrierfläche,

Fig.2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 mit einer Reihe von Anzeigeorganen,

Fig.3 in einer Blockdarstellung die sowohl mit Schreibspitzen als auch Lichtdioden ausgerüstete Anzeigeachse,

Fig.4 schematisch und in perspektivischer Darstellung den Prüfkörper mit einem Prüfkopf, wobei letzterer mit einer vom Prüfkörper getrennten Registrierfläche über eine Kupplung in Verbindung steht,

F i g. 5 eine Darstellung ähnlich F i g. 4, bei der jedoch eine mechanisch-elektronische Fcrnregistricrung auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erfolgt, und

Fig.6 eine Darstellung ähnlich Fig. 5, bei der eine akustisch-elektronische Fernregistrierung auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erfolgt.

F i g. 1 zeigt einen mit einer ebenen Oberfläche 3 versehenen homogenen Prüfkörper 1 der mit Hilfe eines Winkelprüfkopfes 4 abgetastet wird, der von einem Schaüaussendepup.kt 12 UltraschaHimpulse in den Prüfkörper 1 hineinschickt, und zwar in einer Richtung 5, die einen festen Winkel 6 mit der Oberfläche 3 des Prüfkörpers bildet Eine Registrierfläche 9, die aus ebenem Registriermaterial besteht, ist in fester Verbindung unmittelbar über und parallel zur Oberfläche 3 angebracht Eine Inhomogenität 2 im Inneren des Prüfkörpers wirft die Ultraschallimpulse, die eine bestimmte Laufzeit haben in der Richtung 5 zum Prüfkopf 4 zurück, wo sie auf in elektrische laufzeitabhängige Signale umgesetzt und in ein (nicht gezeigtes) Ultraschallgerät eingespeist werden. Ein Anzeigeorgan 7 erzeugt vom Ultraschallgerät mit diesen Signalen gesteuert danach eine punktförmige Markierung 8 auf der Registrierfläche 9 längs einer Anzeigeachse 11, die durch den Schallaussendepunkt 12 sowie in einer Richtung verläuft, die mit der Projektion des Schallweges 5 auf die Oberfläche 3 des Prüfkörpers zusammenfällt

F i g. I zeigt ferner eine andere, spätere Position 4' des Prüfkopfes, aus welcher vom Schallaussendepunkt 12' Ultraschallimpulse in einer Richtung S' ausgesendet werden und ein Anzeigeorgan T eine punktförmige Markierung 8' auf der Registrierfläche 9 längs einer Anzeigeachse 1Γ erzeugt, die durch den Schallaussendepunkt 12' in einer Richtung verläuft, die mit der Projektion des Schallwcges 5' auf die Oberfläche des Prüfkörpers zusammenfällt. Die im Laufe der gesamten Prü-

H) fung erzeugten punktförmigen Markierungen bilden zusammen ein zweidimcnsionalcs Projektionsbild 10 der Inhomogenität 2 auf der Regislrierfläche 9.

Im Prinzip wird das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen ausgeübt:

!5 Der Winkelprüfkopf 4 wird über die plane Oberfläche 3 des Prüfkörpers hinweggeführt, so daß er in bezug auf diesen eine große Anzahl verschiedener Positionen und Richtungen einnimmt, während er ständig eine große Anzahl kurzdauernder Ultraschallimpulse in einer Richtung aussendet die in bezug auf den Prüfkopf festliegt und die zu jeder Zeit einen im voraus festgelegten Winkel 6 mit der Oberfläche 3 des Prüfkörpers bildet.

Ein oder mehrere feste oder bewegliche Anzeigeorgane 7, die durch Aktivierung auf elektrischem Wege als leuchtende Punkte erscheinen oder punktförmige Markierungen 8 erzeugen, werden in bezug auf die ebene Registrierfläche in Markierungsstellung angebracht und mit dem Winkelprüfkopf so verbunden, daß die Markierung jeweils längs einer Anzeigeachse 11 erzeugt wird, die der zweidimensionalen Bewegung des Prüfkopfes über die Oberfläche 3 des Prüfkörpers hinweg folgt, wobei die Anzeigeachse 11 durch den Schallaussendepunkt 12 des Prüfkopfes in einer Richtung verläuft, die zu jeder Zeit mit der Projektion des Schallweges 5 auf die Oberfläche 3 des Prüflings zusammenfällt

Gleichzeitig sind die Anzeigeorgane 7 in bekannter Weise mit dem Prüfkopf 4 und mit den elektronischen Schaltungen des Ultraschallgerätes verbunden derart daß die Markierung 8 auf der Registrierfläche 9 erzeugt wird, wenn der Prüfkopf 4 einen von einer Inhomogenität 2 im Prüfkörper zurückgeworfenen Schallimpuls empfängt. Die Entfernung zwischen Inhomogenität und Schallausscndepunkt 12 ist — wie bekannt — der Laufzeit des Schallimpulses zwischen seinem Aussenden und Empfangen proportional.

Durch diese besondere Kombination in Anwendung einer Registrierfläche 9, die dem Prüfkörper 1 und einer Anzeigeachse 11, die zu jeder Zeit dem Prüfkopf 4 folgt, sowie dadurch daß die reflektierten Schallimpulse dazu

so gebracht werden, punktförmige Markierungen 8 in der Laufzeit proportionalen Abständen vorn Schaüausscndepunkt 12 zu erzeugen, wird vorteilhaft erreicht daß die während des gesamten Prüfvorgangs sukzessiv erzeugten, punktförmigen Markierungen 8 nach und nach zusammenschmelzen und ein zweidimensionales Projektionsbild 10 der Inhomogenität 2 im Prüfkörper 1 auf der Registrierfläche 9 bilden.

Der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Abstand vom Schallaussendepunkt 12 zur zugehörigen punktför-

bo migen Markierung 8 und der gemessenen Laufzeit eines Schallimpulses zwischen seinem Aussende- und Empfangszeilpunkt kann je nach Art der gewünschten Abbildungsform gewählt werden. Ist der Proportionalitätsfaktor gleich der Hälfte des Produktes aus der Schallge- schwindigkeit im Material des Prüfkörpers und dem Kosinus des Winkels 6, wird das Projektionsbild 10 eine korrekte Wiedergabe der Projektion der inneren Inhomogenität 2 auf die Oberfläche 3 des Prüfkörpers in

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wahrer Größe.

Wird der Proportionalitätsfakior zusätzlich mit einem größeren oder kleineren Korrckturfaklor multipliziert und derselbe Korrekturfaktor als Übersetzungsverhältnis in der Bewegung der Registrierfläche 9 in bezug auf die Bewegung des Prüfkörpers 1 und in der Bewegung der Anzeigeachse U in bezug auf die Bewegung des Prüfkopfes 4 benutzt, können nach Belieben korrekt wiedergegebene, vergrößerte oder verkleinerte Projektionsbilder der Inhomogenität im Inneren des Prüfkörpers erstellt werden.

Wird der Prüfkörper nur mit einem Prüfkopf 4 abgetastet, der in einer bestimmten Richtung parallel zur Oberfläche 3 festgehalten wird, lassen sich entsprechend durch Wahl eines größeren oder kleineren Proportionalitätsfaktors nach Belieben korrekt wiedergegebene Projektionsbilder erstellen, bei denen lediglich die Dimensionen der inneren Inhomogenitäten in der zugehörigen Richtung nach Belieben vergrößert oder verkleinert wiedergegeben werden.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 ist unmittelbar über den parallel mit zur Oberfläche 3 und in fester Verbindung mit dieser ein ebenes Registriermaterial als Registrierfläche 9 auf dem Prüfkörper I angebracht. Die Schallechoimpulse von der Inhomogenität werden über Prüfkopf 4 in elektrische Signale umgesetzt, und in ein Ultraschallgerät 14 eingespeist. Eine Reihe von Anzeigeorganen 7 ist in einem Halter 15 mit festen Abständen voneinander längs der Anzeigeachse U und in fester Verbindung mit dem Prüfkopf 4 angebracht. Jedes einzelne der Anzeigeorgane 7 ist in bezug auf die Registrierfläche 9 in Markierungsstellung angebracht und durch elektronische Steuerschaltungen 13 mit dem Empfängerteil eines Ultraschallgerätes 14 verbunden.

Wenn der Winkelprüfkopf 4 über die Oberfläche 3 geführt und eine Anzahl Positionen und Richtungen in bezug auf diese einnimmt, wobei die Anzeigeorganc 7 gleichzeitig über das Registriermaterial 9 hinweggeführt werden, wird das Anzeigeorgan 7 dann und nur dann aktiviert und eine punktförmige Markierung 8 auf dem Registriermaterial 9 erzeugt, wenn ein Signal von einem Schallechoimpuls erzeugt wird, dessen gesamte Laufzeit, d. h. Vor- und Rücklaufzeit im Inneren des Prüfkörpers 1 der Entfernung zwischen Schallaussendcpunkt 12 am Prüfkopf und jeweiligem Anzeigeorgan 7 im vorbestimmten Verhältnis proportional ist.

Als Anzeigeorgane 7 können verschiedene Formen der bekannten Anzeigeorgane Anwendung finden, die sich auf elektrischem Wege dazu aktivieren lassen, als leuchtende Punkte zu erscheinen oder punktförmige Markierungen auf einer zugehörigen Registrierflächc zu erzeugen.

F i g. 3 veranschaulicht ein Anzeigeorgan, wobei über jede seiner Schreibspitzen 16, und zwar auf derjenigen Seite des Halters 15, die der Oberfläche des Prüfkörpers abgekehrt ist, je eine Lichtdiode 17 angeordnet ist, die durch elektronische Steuerschaltungen 19a gleichzeitig mit der betreffenden Schreibspitze 16 aktiviert wird.

Hierdurch wird jedesmal, wenn eine permanente Markierung auf dem Registriermaterial erzeugt wird, als wesentliche Stütze für den Ultraschallprüfer gleichzeitig für eine visuelle Anzeige gesorgt

Fi g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der eine Registrierfläche 9 vom Prüfkörper 1 getrennt in einer ersten Haltevorrichtung 44 angebracht ist, die durch eine erste mechanische oder elektrische Kupplung 45 mit dem Prüfkörper 1 verbunden ist. Die Anzeigeorganc 7 sind in gewöhnlicher Markicrungssicllung in bezug auf die Registrierfläche 9 längs einer Anzeigeachsc 11 in einer zweiten Haltevorrichtung 46 angebracht, die durch eine zweite mechanische oder elektrische Kupplung 47 mit dem Prüfkopf 4 verbunden ist. Der Prüfkopf 4 ist auf mit einem Ultraschallgerät 14 und die Anzeigeorganc 7 sind durch elektronische Steuerschaltungen 48 mit dem Einpfängerteil des Ultraschallgerätes 14 verbunden. Während des Abtastens des Prüfkörpers

ίο 1 erzeugen die Anzeigeorgane 7 punktförmige Markierungen 8 auf der Registrierfläche 9.

Die Prüfung gemäß Fig.4 erfolgt derart, daß der Prüfkopf 4 über die ebene Oberfläche 3 des Prüfkopfes geführt wird. Gleichzeitig wird die Haltevorrichtung 46 in bekannter Weise durch die Kupplung 47 geführt und sie folgt der zweidimcnsionalen Bewegung der Prüfkopfcs 4 auf der Oberfläche 3 im festen Maßstabsverhältnis; dadurch werden die Anzeigeorgane 7 so über die Registrierfläche 9 hinwegbewegt, daß ihre Anzeigeachse 11 zu jeder Zeit die Projektion des Schallweges 5 auf die Oberfläche 3 und der Nullpunkt auf der Anzeigeachse 11 zu jeder Zeit den Schallaussendepunkt 12 darstellt.

Wird der Prüfkörper 1 während des Abtastens nicht bewegt, benötigt man nur eine feste Haltevorrichtung

44. Bewegt sich aber der Prüfkörper 1, wird die Haltevorrichtung 44 in bekannter Weise durch die Kupplung 45 dazu gebracht, der Bewegung des Prüfkörpers in derjenigen Ebene, die von der Oberfläche 3 des Prüflings gebildet wird, im gleichen festgelegten Maßstabsverhältnis zu folgen. Dadurch wird die relative Bewegung zwischen dem Prüfkörper und dem Prüfkopf 4 korrekt übertragen und reproduziert.

Jedes einzelne Anzeigeorgan 7 wird in gleicher Weise wie bei den anderen Ausführungsformen durch eine bekannte elektronische Steuerschaltung 48 mit dem Ultraschallgerät 14 so verbunden, daß im gewählten Maßstabsverhältnis auf der Anzeigeachse 11 punktförmige Markierungen 8 in den gewünschten, korrekten Abständen vom Nullpunkt erzeugt werden.

Fig.5 zeigt eine Ausgestaltung des Gegenstandes der F i g. 4 mit einer Fernregistrierung, bei dem als Registrierfläche der fluoreszierende Schirm 49 einer Kathodenstrahlröhre 50 dient. Als Anzeigeorgan wird ein abgelenkter Elektronenstrahl verwendet, der durch Intensitätsmodulation leuchtende Punkte auf dem Schirm 49 erzeugt. Der Prüfkopf 4 ist einmal mit dem Prüfkörper 1 auch durch eine mechanische oder elektrische Kupplung 55 verbunden, welche durch ein System von Positionsgebern 51 und elektronischen Steuerschaltungen 52 wiederum mit der Kathodenstrahlröhre 50 verbunden ist, und ferner mit einem Ultraschallgerät 14, welches durch elektronische Steuerschaltungen 52 und Intensitätsmodulationsschaltungen 53 mit der Kathodenstrahlröhre 50 verbunden ist

Mit Hilfe der Kupplung 55 wird die zweidimensionale Bewegung des Prüfkopfes 4 durch das System von Positionsgebern 51 und zugehörige Steuerschaltungen 52 in Steuerspannungen für den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre 50 umgesetzt derart, daß dieser zu jeder Zeit im festgelegten Maßstabsverhältnis eine geradlinige Bahn auf dem Schirm 49 durchläuft, die die Anzeigeachse 11 bildet, welche die Projektion 56 des Schallwegcs 5 auf die Oberfläche 3 des Prüfkörpers darstellt, und deren Nullpunkt 54 dem Schallaussendepunkt 12 entspricht

Gleichzeitig wird das im Ultraschallgerät 14 beim Empfang eines zurückgeworfenen Schallimpulses erzeugte Videosignal und die zugeordnete Ablenkungs-

Spannung durch Intensitätsmodulalionsschaltungen 53 bzw. Steuerschaltungen 52 dazu benutzt, einen leuchtenden Punkt 8 auf der Anzeigeachse 11 zu erzeugen, wenn der Prüfkopf 4 einen Schallechoimpuls empfängt, und zwar in einer Entfernung vom Nullpunkt 54 der Anzeigeachse, die der Laufzeit des Schallimpulses /wischen Aussenden und Empfang im gleichen, festgelegten Maßstabsverhältnis proportional ist.

Der Schirm 49 kann eine kurze Nachleuchtzeit aufweisen. Dann werden die kurzzeitig leuchtenden Punkte 8 mit Hilfe einer photographischen Kamera photographiert, deren Verschluß während der gesamten Abtastzeit offengehalten wird.

Hat der Schirm 49 lange Nachlcuchtzeit oder ist er ein elektronisch gesteuerter Speicherschirm, werden die Markierungen 8 während des gesamten Absuchens des Prüfkörpers 1 als leuchtende Punkte gespeichert, woraufhin das gesamte, auf dem Schirm erzeugte Bild nach beendeter Prüfung gegebenenfalls photographiert werden kann, um als permanente Dokumentation für das Ergebnis der Prüfung zu dienen.

Die während des gesamten Prüfvorgangs sukzessiv erzeugten, punktförmigen Markierungen 8 schmelzen nach und nach zusammen und bilden durch Fernregistrierung im gewählten Maßstabsverhältnis auf dem Schirm 49 ein zweidimensionales Projektionsbild 10 der Inhomogenität 2 im Inneren des Prüflings 1.

Die Ausgestaltung der Vorrichtung nach F i g. 5 gemäß Fig.6 ist eine Fernregistrierung auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, und zwar unter gleichzeitiger Ausnutzung der akustisch-elektronischen Positionsbestimmung und Koordinatenangabe.

Unmittelbar über der Oberfläche 3 des Prüfkörpers sind zwei lineare Mikrofone 57 und 58 rechtwinklig zueinander und parallel zur Oberfläche 3 angebracht. In fester Verbindung mit dem Prüfkopf 4 sind zwei im wesentlichen punktförmige Schallgeber als Schwinger 59 und 60 angeordnet, und zwar der Schwinger 59 unmittelbar über dem Schallaussendepunkt 12, der andere Schwinger 60 in einer Entfernung dazu unmittelbar über der Projektion 63 des Schallweges 5 auf die Oberfläche 3. Die beiden Mikrofone 57 und 58 sind durch Koordinaten-Registrierschaltungen 64 und elektronische Stcucrschaltungen 65 mit der Kathodenstrahlröhre 50, der Prüfkopf 4 mit dem Ultraschallgerät 14 und dieses durch die Steuerschaltungen 65 sowie Intensitätsmodulationsschaltungen 53 mit der Kathodenstrahlröhre 50 verbunden.

Die beiden Schwinger 59 und 60. zweckmäßig als ganz kurze elektrische Funkenstrecken ausgebildet, senden abwechselnd mit kürzen zeitlichen Abständen, kurzzeitige kugelför-.nige Schallwellen 61 und 62 aus. die kurz darauf von den beiden Mikrofonen 57 und 58 aufgefangen und registriert werden.

Die vier Zeitintervalle zwischen Aussenden und Empfang der beiden Schallwellen 61 und 62, die den rechtwinklig zueinander verlaufenden Wegstrecken von den Schwingern 59 und 60 zu den Mikrofonen 57 und 58 proportional sind, werden durch bekannte Koordinaten-Registrierschaltungen 64 und bekannte elektronische Steuerschaltungen 65 in Steuerspannungen für den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre 50 umgesetzt derart, daß dieser jederzeit und im festgelegten Maßstabsverhältnis eine geradlinige Bahn auf dem Schirm 49 durchläuft, die die Anzeigeachse 11 bildet, welche die Projektion 63 des Schallwegcs 5 auf die Oberfläche 3 des Prüflings darstellt, und deren NuII-Dunkt 54 den SchallaussendcDunkt 12 darstellt.

Die Erzeugung der punktförmigen Markierungen 8 und damit des korrekten Projektionsbilds 10 auf dem Schirm 49 erfolgt wie anhand der F i g. 5 angegeben.
Damit ein naturgetreues, eventuell vergrößertes oder

■; verkleinertes Projektionsbild der Inhomogenitäten erstellt werden kann, müssen die Anzeigeachse und ihr Nullpunkt in einer solchen Weise geführt werden, daß ihre Bewegung über die Registrierfläche hinweg durch eine Ähnlichkeitstransformation aus der Bewegung der Projektion des Schallweges auf die Oberfläche des Prüflings bzw. des Schallaussendepunktes am Prüfkopf über die Oberfläche des Prüflings hinweg abgeleitet werden kann. In denjenigen Fällen, in welchen der Nullpunkt mit dem Schallaussendepunkt zusammenfällt und die

is Anzeigeachse parallel mit der Projektion des Schallwegcs verläuft, ist die Versetzung der Ähnlichkeitstransformation gleich Null. Ist das erzeugte Bild maßgerecht in bezug auf die Projektion der Inhomogenität auf die Oberfläche des Prüflings, ist das Ähnlichkeitsverhältnis Eins.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Impuls-Laufzeitverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, zum Anzeigen bzw. für die Darstellung von Inhomogenitäten im Inneren eines Prüfkörpers, bei dem über die ebene oder nur wenig gekrümmte Oberfläche des Prüfkörpers mindestens ein Ultraschall-Sende- und Empfangs-Prüfkopf geführt wird und in Abhängigkeit von den reflektierten, empfangenen Ultraschall-Impulsen auf einer Registrierfläche längs einer beweglichen Anzeigeachse Markierungen erzeugt werden, mit einem Nullpunkt der Anzeigeachse in der Registrierfläche, der die Bewegung des US-Prüfkopfes in is bezug auf die Oberfläche des Prüfkörpers mitvollzieht, und über einer Steuereinrichtung Mittel zur Markierung auf der Registrierfläche geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ansich bekannten Ultraschall-Sende- und Empfangs-Winkelprüfkopf in den Prüfkörper Ultraschallwellen unter einem von 90° verschiedenen Winkel einschallt und aus diesem empfangen werden, daß der Nullpunkt der Anzeigeachse in der Registrierfläche richtungsgleich mit dem Ultraschall- Aussendepunkt des Prüfkopfes in vorbestimmtem Maßstabsverhältnis bewegt wird, daß die Richtung der Anzeigeachse in der Registrierfläche über eine lageorientierte Kopplung der Anzeige- und Markierungsmittel mit dem Prüfkopf bestimmt wird, und diese Richtung mit der Richtung der Projektion des Schallstrahls auf die vom Prüfkopf abgetastete Prüfkörperoberfläche übereinstimmt und ferner eine Markierung auf der Registrierfläche in Abhängigkeit von der Laufzeit eines von einer zu erfassenden Inhomogenität reflektierten Ultraschall-Impulses zwischen Aussende- und Empfangszeitpunkt erfolgt, wobei die Laufzeit jedes reflektierten US-lmpulscs in ein elektrisches Signal umgewandelt, durch dieses Signal ein Anzeige- bzw. Markicrungsmittel in einer zur Signalgröße proportionalen Entfernung vom Nullpunkt der Anzeigeachse aktiviert wird und die Anzeige- bzw. Markicrmittel auf der Registrierfläche eine optisch lesbare Markierung erzeugen.

2. Ultraschall-Vorrichtung zur Ausführung des « Verfahrens nach Anspruch 1. deren auf der Oberfläche des Prüfkörpers verschiebbarer mit einer Sende- und Empfangseinheit verbundener Sende- und Empfangsprüfkopf mit einer beweglichen Anzeige- und Markiereinrichtung elektrisch gekoppelt und letzte- w re relativ verschiebbar zu einer Registrierfläche angeordnet ist und mit der Sende- und Empfangseinheit des Prüfkopfs elektrisch durch eine Steuerschaltung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierfläche (9) unmittelbar über den parallel zu der Oberfläche (3) des Prüfkörpers (I) und in fester Verbindung mit dieser Oberfläche angeordnet ist, die Anzeige- und Markiereinrichtung eine Mehrzahl von Anzeigeorganen (7, 16, 17) in linearer Reihe aufweist, die Anzeigeorgane feste eo Abstände zueinander längs einer Anzeigeachse (11) haben, mit dem Prüfkopf (4) fest verbunden und als punktförmigc Leuchtdioden (17) ausgebildet sind, wobei jede ein/eine Leuchtdiode (17) durch eine Steuerschaltung (19) mit dem Empfüngertcil der b^r> Sende- und Empfangscinheit (14) verbunden und als leuchtender Anzeige- oder Markierpunkt akiivierbar ist und die Richtung der Anzeigeachse mit der Richtung der Projektion des Schallweges auf die Oberfläche des Prüfkörpers übereinstimmt.

3. Ultraschall-Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einer vom Prüfkörper getrennten Registrierfläche in einer ersten Haltevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Haltevorrichtung (44) durch eine erste mechanische oder elektrische Kupplung (45) mit dem Prüfkörper (1) verbunden ist, die Anzeige- und Markiereinrichtung eine zweite Haltevorrichtung (46) aufweist, welche längs der Anzeigeachse (11) angeordnete und der Registrierfläche (9) zugewandte Anzeigeorgane (7) trägt und die zweite Haltevorrichtung (46) durch eine zweite mechanische oder elektrische Kupplung (47) mit dem Prüfkopf (4) verbunden ist

4. Ultraschall-Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, deren auf der Oberfläche des Prüfkörpers verschiebbarer Sende- und Empfangsprüfkopf mit einer Sende- und Empfangseinheit und über eine Verstärker- und Steuerschaltung mit einer, eine Kathodenstrahlröhre mit Leuchtschirm aufweisenden Anzeige- und Markiereinrichtung in Verbindung steht, wobei der Leuchtschirm als Registrierfläche und als Anzeigemittel einen geradlinig auf dem Leuchtschirm abgelenkten Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Ablenkung des Elektronenstrahls durch elektronische Steuerschaltungen (52) in die Richtung einer Anzeigeachse (U) gelegt ist, wobei der Elektronenstrahl ständig und im vorbestimmten Maßstabsverhältnis auf seiner geradlinigen Bahn die Projektion (56) des Schallweges (5) auf die Oberfläche des Prüfkörpers als Anzeigeachse (H) darstellt, daß für die Umsetzung der Prüfkopfverschiebung in zugehörige Steuerspannungen für den Elektronenstrahl eine mechanische oder elektrische Kupplung (55) zwischen dem Prüfkopf (4) und mit ihm verbundenen Positionsgebern (51) vorhanden sind, daß zwischen der Sende- und Empfangseinheit (14) und dem Leuchtschirm (49) Stcuerschaltungen (52) bzw. Intensitäts-Modulationsschaltungen (53) vorhanden sind, derart, daß durch die auf Schallechoimpulse aus dem Prüfkörper (1) zurückgehenden in der Sende- und Empfangseinheit erzeugten Videosignale je ein, der Schallaufzeit entsprechender, als Markierpunkt der Inhomogenität dienender Leuchtpunkt (8) ebenfalls auf der Anzeigeachse (11) erzeugt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionsgeber für den Prüfkopf (4) zwei lineare rechtwinklig zueinander sowie unmittelbar über und parallel zur Oberfläche (3) des Prüfkörpers (I) angeordnete Mikrofone (57,58) und ferner zwei fest im Prüfkopf (4) angeordnete etwa punktförmige, kugelförmige Schallwellen (61, 62) aussendende Schwinger (59,60) vorhanden sind, daß ein Schwinger (59) unmittelbar über dem Schallaussendcpunkt (12) des Prüfkopfes (4), der andere Schwinger (60) in einem Abstand hierzu unmittelbar über einer Projektionslinie (63) des Schallweges auf die Oberfläche (3) des Prüfkörpers (1) angeordnet ist, und die beiden Schwinger (59, 60) zeitlich abwechselnd zur Schallwcllenabsirahlung in die Mikrofone (57, 58) erregbar sind, wobei die vier Zeitintervalle zwischen Aussenden und Empfang der beiden Schallwellen (61,62), die den rechtwinklig zueinander verlaufenden kürzesten Wegstrecken der Schwinger (59, 60) zu den Mikrofonen (57, 58) pro-

portional sind durch Koordinaten-Registrierschaltungen (64) und elektronische Steuerschaltungen (65) in Steuerspannungen für die Steuerung der Lage und Richtung einer Bahn des Elektronenstrahls als Anzeigeachse (11) auf dem Schirm (49) umgesetzt werden.