DE2335567C3

DE2335567C3 - Ultrasonic detector for detecting workpiece defects

Info

Publication number: DE2335567C3
Application number: DE19732335567
Authority: DE
Inventors: Soji; Tadauchi Masaharu; Ito Takashi; Hitachi Sasaki (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Filing date: 1973-07-12
Publication date: 1976-05-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschalldetektor zum Erkennen von Werkstückfehlern mit einem in akustischem Kontakt mit einem zu prüfenden Werkstück stehenden Tastkopf mit variablem Strahlwinkel, der einen Ausschnitt aus dem zu prüfenden Werkstück mit einem Ultraschallstrahl abtastet und aus am oder im Werkstück reflektiertem Ultraschall ein elektrisches Echosignal für ein Sichtgerät mit zwei Ablenkplattenpaaren gewinnt, die unter Steuerung durch einerseits ein von der Richtung für die Aussendung und den Empfang des Ultraschalls am Tastkopf abhängiges elektrisches Winkelsignal und durch andererseits ein vom Ausbreitungsweg für den Ultraschall im zu prüfenden Werkstück abhängiges elektrisches Wegesignal eine über die Echosignale helligkeitsmodulierbare Abtastlinie erzeugen, die dem Diirchgangsweg und der Geschwindigkeit des Ultraschalls innerhalb des zu prüfenden Werkstücks entspricht und dank ihrer Helligkeitsmodulation über die Echosignale ein akustisches Querschnitlsbild für das zu prüfende Werkstück liefert.The invention relates to an ultrasonic detector for detecting workpiece defects with a probe head in acoustic contact with a workpiece to be tested with a variable beam angle, which scans a section of the workpiece to be tested with an ultrasonic beam and an electrical echo signal from ultrasound reflected on or in the workpiece for a viewing device with two pairs of deflection plates, which is controlled by, on the one hand, an electrical angle signal dependent on the direction for the transmission and reception of the ultrasound at the probe head and, on the other hand, an electrical path signal dependent on the propagation path for the ultrasound in the workpiece to be tested via the echo signals Generate a brightness-modulatable scan line, which corresponds to the direction of travel and the speed of the ultrasound within the workpiece to be tested and, thanks to its brightness modulation via the echo signals, an acoustic cross-sectional image for delivers the workpiece to be tested.

Ein Ultraschalldetektor dieser Art ist auf den Seiten 39.3 und 394 des Buches von J. und H. Krautkrämer, »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, Berlin-Heidelberg-New York, 1966, beschrieben. Dieser bekannte Ultraschalldetektor weist einen Tastkopf auf, der unter variablem Abstrahlungswinkel Ultra-An ultrasonic detector of this type is on pages 39.3 and 394 of the book by J. and H. Krautkrämer, "Materials testing with ultrasound", Berlin-Heidelberg-New York, 1966. This known ultrasonic detector has a probe head on, the ultra-

schallstrahlen auf ein zu prüfendes Werkstück richten kann und den an oder in diesem Werkstück zurückreflektierten Ultraschall in ein Echosignal umwandelt das der Helügkeitsmodulation für den Kathodenstrahl auf dem Leuchtschirm einer ein Sichtgerät darstellenden Kathodenstrahlröhre dient. Diese Kathodenstrahlröhre besitzt weiterhin zwei Afrcnkplattenpaare, von denen das eine Paar mit einem dem jeweiligen Abstrahlungswinkel für den Ultraschall entsprechenden Signal und das andere Paar mit einem Zeitablenksignal gespeist wird, wobei die Zeitablenkachse auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre diagonal von links oben nach rechts unten verläuft. Auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre erscheint beim Betrieb des bekannten Ultraschalldetektors eine Abtastlinie, die ein akustisches Querschnittsbild für den untersuchten Abschnitt des zu prüfenden Werkstücks liefert. Mit Rücksicht auf die einfache Vertikalablenkung in der Kathodenstrahlröhre muß jedoch der Ablastwinkelbereich für den Tastkopf stark eingeschränkt werden, da bei einem größeren Einfallswinkel fürden Ultraschallstrahl dieser eine zu starke Abweichung von dem angenommenen linearen Strahlungsweg erfahren würde, als daß diese Abweichung bei der linearen Ablenkung für die Sichtanzeige vernachlässigt werden könnte. Weiter sind aus der DT-OS 16 98 518 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fortlaufenden Prüfen von festen Körpern mittels Ultraschall bekannt, bei denen die zu prüfenden festen Körper in ein flüssiges Koppelmedium eingetaucht werden und das Ergebnis der Prüfung wiederum mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre mit zwei Ablenkplattenpaaren und Helügkeitsmodulation für den Kathodenstrahl zur Anzeige gebracht wird. Dabei wird zur Berücksichtigung des Einflusses von unterschiedlich langen Ausbreitungs- * wegen fürden Ultraschall im Koppelmedium einerseits und im zu prüfenden Körper andererseits das Zeitintervall zwischen der Aussendung eines Ukraschallimpulses und seinem Eintreffen an einem Einfallspunkt des zu prüfenden Körpers an Hand eines diesem Einfallspunkt zugeordneten Echosignals bestimmt. Ein derartiges Echosignal kann jedoch leicht in Abhängigkeit von der Gestalt des zu überprüfenden Körpers einer Unterbrechung unterliegen, wobei seine Intensitat um so mehr geschwächt wird, je stärker der Einfallswinkel für den Ultraschallstrahl von O abweicht, in welch letztem Fall der Ultraschallstrahl senkrecht zur Oberfläche des zu prüfenden Körpers auftritt. Mit dieser Arbeitsweise läßt sich also kein stabiles oder stabilisiertes Lagesignal erhalten, mmal keinerlei Maßnahmen getroffen sind, um den jeweiligen Einfallswinkel für den Ultraschallstrahl genau zu bestimmen. Entsprechend wird die Meßgenauigkeit bei kontinuierlichen Änderungen für diesen Einfallswinkel relativ gering.can direct sound beams on a workpiece to be tested and converts the ultrasound reflected back on or in this workpiece into an echo signal which is used for helicity modulation for the cathode ray on the luminescent screen of a cathode ray tube representing a viewing device. This cathode ray tube also has two pairs of African plates, one pair of which is fed with a signal corresponding to the respective angle of radiation for the ultrasound and the other pair with a time deflection signal, the time deflection axis on the fluorescent screen of the cathode ray tube running diagonally from top left to bottom right. When the known ultrasonic detector is in operation, a scan line appears on the fluorescent screen of the cathode ray tube, which provides an acoustic cross-sectional image for the examined section of the workpiece to be examined. In view of the simple vertical deflection in the cathode ray tube , however, the scanning angle range for the probe head must be severely restricted, since with a larger angle of incidence for the ultrasonic beam this would experience too great a deviation from the assumed linear radiation path than this deviation in the case of the linear deflection for the Visual display could be neglected. Furthermore, from DT-OS 16 98 518 a method and a device for the continuous testing of solid bodies by means of ultrasound are known, in which the solid bodies to be tested are immersed in a liquid coupling medium and the result of the test in turn with the help of a cathode ray tube with two Deflection plate pairs and Helügkeitsmodulation for the cathode ray is brought to the display. In order to take into account the influence of different long propagation paths * for the ultrasound in the coupling medium on the one hand and in the body to be tested on the other hand, the time interval between the emission of an ultrasonic pulse and its arrival at a point of incidence of the body to be tested is determined on the basis of an echo signal assigned to this point of incidence. However, such an echo signal can easily be subject to an interruption depending on the shape of the body to be checked, its intensity being weakened the more the more the angle of incidence for the ultrasonic beam deviates from O, in which latter case the ultrasonic beam perpendicular to the surface of the to test body occurs. With this mode of operation, no stable or stabilized position signal can be obtained unless no measures are taken to precisely determine the respective angle of incidence for the ultrasonic beam. Correspondingly, the measurement accuracy becomes relatively low with continuous changes for this angle of incidence.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschalldetektor der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er unter kombinierter Sektor- und Transferabtastung die Erfassung eines sehr großen Winkelbereichs des zu prüfenden Werkstücks durch den vom Tastkopf abgestrahlten Ultraschallstrahl gestattet und auch bei großen Abiastwinkeln ein zuverlässiges Querschnittsbild für das überprüfte Werkstück liefert.The invention is based on the object of providing an ultrasonic detector of the type mentioned at the beginning to train that he under combined sector and transfer scanning the acquisition of a very large Angular range of the workpiece to be tested by the ultrasonic beam emitted by the probe and a reliable cross-sectional image for the checked, even with large scanning angles Workpiece supplies.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von den beiden Kanälen zwischen den Ablenkplattenpaarcn des Sichtgeräts einerseits und dem Tastkopf andererseits der eine Kanal im Anschluß an einen Sinus/Cosinus-Modulator Tür die Ableitung der Funktion sin θ und cos H des Abtastwinkels (-) für den Ultraschall zum einen einen ersten Multiplikator für die Multiplikation der Funktion sin <-) mit einem dem Brechungsindex für den Ultraschall an der Grenze zwischen Koppelmedium und Werkstück entsprechenden Faktor, zum zweiten einen mit der Funktion cos <-) gespeisten ersten Teiler mit dem doppelten senkrechten Abstand des Tastkopfes von der Werkstückoberfläche entsprechendem Teilerverhältnis, eine in Serie dazu liegende Verzögerungsschaliung mit dem Durchgangsweg für den Ultraschall durch das Koppelmedium entsprechender Verzögerung und einen Sägezahngenerator enthält, der ebenso wie der erste Multiplikator mit einem ersten Eingang eines zweiten Multiplikators verbunden ist, an dessen Ausgang ein erster Addierer angeschlossen ist. der außerdem über einen zweiten Teiler für die Bildung der Funktion tan θ und einem diesem nachgeschalteten dritten Multiplikator für die Multiplikation des Ausgangssignals des zweiten Teilers mit einem dem senkrechten Abstand des Tastkopfes von der Werkstückoberfläche entsprechenden Faktor mit dem Sinus/Cosinus-Modulator in Verbindung steht, während der zweite Kanal wieder im Anschluß an den Sinus/Cosinus-Modulator zum einen den ersten Teiler, die Verzögerungsschaltung und den Sägezahngenerator und zum anderen den ersten Multiplikator, einen diesem nachgeschalteten Quadrierer, einen Subtrahierer für die Subtraktion des Ausgangssignals des Quadrierers von der Zahl 1 und einen darauffolgenden Wurzelbüdner enthält, von denen der Sägezahngenerator und der Wurzelbildner mit je einem Eingang eines vierten Multiplikators für die gegenseitige Multiplikation der Ausgangssignale des Sägezahngenerators und des Wurzelbildners verbunden sind, an den ein Eingang eines zweiten Addierers angeschlossen ist, dem an einem zweiten Eingang ein dem senkrechten Abstand des Tastkopfes von der Werkstückoberfläche entsprechendes Signal zugeführt wird.The object is achieved according to the invention in that of the two channels between the deflection plate pairs of the viewing device on the one hand and the probe head on the other hand, the one channel following a sine / cosine modulator door derives the function sin θ and cos H of the scanning angle (-) for the ultrasound on the one hand a first multiplier for the multiplication of the function sin <-) with a factor corresponding to the refractive index for the ultrasound at the boundary between the coupling medium and the workpiece, on the other hand a first divider fed with the function cos <-) twice that vertical distance of the probe from the workpiece surface corresponding to the divider ratio, a delay cladding in series with the passage for the ultrasound through the coupling medium containing a corresponding delay and a sawtooth generator which, like the first multiplier, is connected to a first input of a second multiplier whose output a first adder is connected. which is also connected to the sine / cosine modulator via a second divider for the formation of the function tan θ and a downstream third multiplier for the multiplication of the output signal of the second divider with a factor corresponding to the vertical distance of the probe from the workpiece surface, while the second channel again, following the sine / cosine modulator, on the one hand the first divider, the delay circuit and the sawtooth generator and on the other hand the first multiplier, a following squarer, a subtractor for subtracting the output signal of the squarer from the number 1 and contains a subsequent root generator, of which the sawtooth generator and the root generator are each connected to an input of a fourth multiplier for the mutual multiplication of the output signals of the sawtooth generator and the root generator, to which an input of a second adder is connected n, to which a signal corresponding to the vertical distance of the probe head from the workpiece surface is fed to a second input.

Der erhndungsgemäß ausgebildete Ultraschalldetektor arbeitet mit einer kombinierten Abtastung für die Erkennung und Anzeige der Lage und der Form von akustischen Grenzflächen an Lunkerstellen oder sonstigen Fehlern in einem Werkstück aus hartem Material. Dabei wird die Brechung des Ultraschallstrahls an seiner Eintrittsstelle in das Material des Werkstücks in der Weise korrigiert, daß sich eine zuverlässige Wiedergabe des akustischen Querschnittsbildes ergibt. Der Tastkopf eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschalldetektor vermag entweder eine reine Sektorabtastung oder eine kombinierte Sektor- und Transferabtastung vorzunehmen, und er steht ungeachtet der Variationsmöglichkeit für den Strahlwinkel in ständigem akustischem Kontakt mit dem harten Material des zu prüfenden Werkstücks.The ultrasound detector designed according to the invention works with combined scanning for the detection and display of the position and shape of acoustic interfaces at voids or other defects in a workpiece made of hard material. This is the refraction of the ultrasonic beam corrected at its point of entry into the material of the workpiece in such a way that a reliable reproduction of the acoustic cross-sectional image results. The probe head according to the invention trained ultrasonic detector is capable of either a pure sector scanning or a combined one To undertake sector and transfer scanning, and it stands for the regardless of the possibility of variation Beam angle in constant acoustic contact with the hard material of the workpiece to be tested.

Dabei gestattet die erfindungsgemäße Ausbildung des Ultraschalldetektors auch bei großen Abtastwinkeln eine korrekte Wiedergabe des Weges für den Ultraschallstrahl durch das zu prüfende Werkstück auf dem Anzeigeschirm des Sichtgeräts. Damit wird aber die Erfassung weiter Winkelberciche des zu prüfenden Werkstücks im Rahmen einer einzigen Messung möglich, wobei insbesondere die ständige genaue rechnerische Bestimmung der jeweiligen Lage des Einfallspunktes für den Ultraschallstrahl auf dei Oberfläche des Werkstücks von großer Bedeutung istThe inventive design of the ultrasonic detector also allows large scanning angles a correct reproduction of the path for the ultrasonic beam through the workpiece to be tested on the display screen of the display unit. However, this means that wider angular ranges are recorded testing workpiece possible as part of a single measurement, in particular the constant precise computational determination of the respective position of the point of incidence for the ultrasonic beam on the dei Surface of the workpiece is of great importance

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.Advantageous refinements and developments of the invention are detailed in the subclaims marked.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der neben dem Grundprinzip der Erfindung auch zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele für einen Ultraschalldetektor veranschaulicht sind; in der Zeichnung zeigtFor a further explanation of the invention and its advantages, reference is now made to the drawing taken, in addition to the basic principle of the invention, also two preferred exemplary embodiments are illustrated for an ultrasonic detector; shows in the drawing

F i g. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ausbreitungsweges Tür einen Ultraschallstrahl zur Erläuterung der Arbeitsweise eines im Rahmen eines Ultraschalldetektors eingesetzten Tastkopfes,F i g. 1 is a diagram to illustrate the path of propagation door for an ultrasonic beam Explanation of the mode of operation of a probe head used in the context of an ultrasonic detector,

F i g. 2 ein Blockschaltbild für die Schaltungsteile eines Ultraschalldetektors, die der Wiedergabe von Abtastlinien auf dem Bildschirm des Sichtgeräts dieses Ultraschalldetektors in Übereinstimmung mit den Wegen für die Ausbreitung der vom Tastkopf des Ultraschalldetektors abgestrahlten und empfangenen Ultraschallstrahlen dienen,F i g. 2 shows a block diagram for the circuit parts of an ultrasonic detector which are used for the reproduction of Scan lines on the screen of the vision device of this ultrasonic detector in accordance with the Because of the propagation of the emitted and received by the probe head of the ultrasonic detector Serve ultrasonic beams,

F i g. 3 a und 3 b eine bevorzugte Ausführungsform für den geometrischen Aufbau des Tastkopfes eines Ultraschalldetektors in einer Vorderansicht bzw. einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,F i g. 3 a and 3 b a preferred embodiment for the geometric structure of the probe head Ultrasonic detector in a front view or a partially sectioned side view,

F i g. 4 ein Blockschaltbild für den elektrischen Aufbau einer ersten bevorzugten Ausführungsform für einen Ultraschalldetektor,F i g. 4 shows a block diagram for the electrical construction of a first preferred embodiment for an ultrasonic detector,

F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswirkung des Einfallswinkels auf den Wirkungsgrad des einfallenden Ultraschallstrahls und seine Kornpensationscharakteristik undF i g. 5 is a diagram to explain the effect of the angle of incidence on the efficiency of the incident ultrasonic beam and its compensation characteristic and

F i g. 6 ein Blockschaltbild für eine zweite bevorzugte Ausführungsform für einen Ultraschalldetektor.F i g. 6 shows a block diagram for a second preferred embodiment for an ultrasonic detector.

Zunächst soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Darstellungen in F i g. 1 und 2 das Grundprinzip für die Arbeitsweise eines Ultraschalldetektors näher erläutert werden.First of all, in the following with reference to the representations in FIG. 1 and 2 the basic principle for the operation of an ultrasonic detector are explained in more detail.

Für diese Erläuterung sei angenommen, daß ein Oszillator 101 für die Aussendung und den Empfang von Ultraschallwellen oberhalb einer2u beschallenden Oberfläche 141 an einem Punkt O mit einem vertikalen Abstand d von der Oberfläche 141 angeordnet ist und unter einem Winkel θ gegen die Normale OQ auf die Oberfläche 141 einen Ultrascha'.lstrahl auf die Oberfläche 141 richtet, der an einem Punkt R auf die Oberfläche 141 auftrifft und dort in Richtung auf einen Punkt P mit den Koordinaten χ und y im Inneren eines von der Oberfläche 141 begrenzten Körpers 104 unter einem Winkel q gegen die Normale auf die Oberfläche 141 gebrochen wird. Dabei sei weiter angenommen, daß für die Ausbreitung des Ultraschällstrahles, der am Punkt O mit den Koordinaten x = 0 und χ = 0 im Zeitpunkt ί = 0 abgestrahlt wird, vom Punkt O über den Punkt R bis zum Punkt P «ine Zeit ip erforderlich ist. Dann lassen sich die Koordinaten χ und y des Punktes P berechnen zu:For this explanation it is assumed that an oscillator 101 for the transmission and reception of ultrasonic waves is arranged above a 2u sonicating surface 141 at a point O with a vertical distance d from the surface 141 and at an angle θ to the normal OQ to the surface 141 directs an ultrasound beam onto the surface 141 which strikes the surface 141 at a point R and there in the direction of a point P with the coordinates χ and y inside a body 104 delimited by the surface 141 at an angle q is refracted against the normal on the surface 141. It is further assumed that for the propagation of the ultrasonic beam, which is emitted at point O with coordinates x = 0 and χ = 0 at time ί = 0, a time ip is required from point O via point R to point P « is. Then the coordinates χ and y of the point P can be calculated as follows:

χ = <f tan θ + F₂Sm φ - (r_P — t_R) y = d + V₂cos<p-(tp-t_R), χ = <f tan θ + F ₂ Sm φ - (r _P - t _R ) y = d + V ₂ cos <p- (tp-t _R ),

(2)(2)

6060

wobei zur Abkürzungwhere for abbreviation

^Ir V_x cos θ ^Ir V _x cos θ

gesetzt ist und V₁ die Schallgeschwindigkeit in dem dem Oszillator 101 und der Oberfläche 141 des Körpers 104 befindlichen Medium und V₂ die Schallgeschwindigkeit im Material des Körpers 104 bezeichnen.is set and V ₁ denotes the speed of sound in the medium located in the oscillator 101 and the surface 141 of the body 104 and V ₂ denotes the speed of sound in the material of the body 104.

Nach dem Brechungsgeselzt von S η e 11 i u s berechnet sich der Brechungswinkel 7 für den Ultraschallstrahl an der durch die Oberfläche 141 gegebenen Einfallsebene am Körper 104 zu:According to the law of refraction of S η e 11 ius, the angle of refraction 7 for the ultrasonic beam at the plane of incidence on the body 104 given by the surface 141 is:

sin q = --- sin H.
' 1 sin q = --- sin H.
' 1

Dementsprechend lassen sich die Gleichungen (I) und (2) umschreiben zu:Accordingly, equations (I) and (2) can be rewritten as:

i/i /

x = d ■ lan (-) + -j sin (■) (t - /„), x = d ■ lan (-) + -j sin (■) (t - / "),

y = rf + ν-, y = rf + ν-,

sin² «(r-r,,).sin ² «(rr ,,).

Ersetzt man in diesen Gleichungen (3) und (4) den Quotienten V₂/F₁ der Schallgeschwindigkeiten durch den Brechungsindex /1 für das Material des Körpers 104, so erhalten diese Gleichungen (3) und (4) die nachstehende Form:If the quotient V ₂ / F _{1 of} the speed of sound is replaced by the refractive index / 1 for the material of the body 104 in these equations (3) and (4), these equations (3) and (4) are given the following form:

χ = d · tan (-) + η V₂ ■ sin <->(t - i_R),χ = d tan (-) + η V ₂ ■ sin <-> (t - i _R ),

= d + V₂ W- n²-sm²(-)(t -i_R).= d + V ₂ W- n ² -sm ² (-) (t -i _R ).

Die Werte für den Abstand d und die Schallgeschwindigkeit F₁ hängen von der Größe und dem Material des mit dem Oszillator 101 versehenen Tastkopfes ab, während die Schallgeschwindigkeit F₂ einen für das Material des zu überprüfenden Körpers 104 spezifischen Wert hat, und daher können entsprechend der Darstellung im Blockschaltbild von F i g. 2, in dem eine Schaltung für die Wiedergabe einer Abtastlinie auf dem Bildschirm 212 eines Sichtgerätes dargestellt ist, ausgehend von einem elektrischen Signal E_e, das dem Einfallswinkel Θ entspricht und von einem Winkelsignalgenerator 206 erzeugt wird, in einem X-Abtaststigangenerator 210. der auf der Grundlage der Gleichung (3) arbeitet, und in einem Y-Abtastsignalgenerator 211, der auf der Grundlage der Gleichung (4) arbeitet, X-Abtastsignale E_x bzw. Y-Abtastsignale E_T erzeugt werden, wie sie für die Anzeige der Abtästlinien auf dem Bildschirm 212 in einem Koordinatenkreuz mit einer X- und einer Y-Achse in Übereinstimmung mit dem Übertragungsweg ORP für den Ultraschallstrahl in Fig.l erforderlich sind. Die Ausgangssignale E_x und Ey der Abtastsignalgeneratoren 210 und 211 Werden dabei dem Ablenkteil einer Bildröhre für die Anzeige eines B-Bildes auf dem Bildschirm 212 als Ablenksignale für die Ablenkung entlang der X- bzw. der Y-Achse zugeführt, wodurch sich auf dem Bildschirm 212 eine Abtastlinie Ol Rl Pl ergibt, die dem übertragungsweg ORP für den Ultraschallstrahl entspricht. Die Tatsache, daß sich durch eine Helligkeitsmodulation der sich ergebenden Abtastlinie mit Hilfe eines aus dem Inneren des Materials des zu überprüfenden Körpers 104 stammenden Echosignals ein Querschnittsbild erhalten läßt, das die Form der akustischen Grenzflächen innerhalb des Körpers 104 The values for the distance d and the speed of sound F ₁ depend on the size and the material of the probe head provided with the oscillator 101 , while the speed of sound F _{2 has} a specific value for the material of the body to be checked 104 , and therefore the Representation in the block diagram of FIG. 2, which shows a circuit for the reproduction of a scan line on the screen 212 of a viewing device, based on an electrical signal E _e , which corresponds to the angle of incidence Θ and is generated by an angle signal generator 206, in an X-scan bar generator 210 operates on the basis of equation (3), and in a Y-scan signal generator 211, which operates on the basis of equation (4), X-scan signals E _x and Y-scan signals E _{T are} generated, as they are for the display of the scan lines on the screen 212 in a coordinate system with an X- and a Y-axis in accordance with the transmission path ORP for the ultrasonic beam in Fig.l are required. The output signals E _x and Ey of the scanning signal generators 210 and 211 are thereby supplied to the deflection part of a picture tube for displaying a B-picture on the screen 212 as deflection signals for the deflection along the X and Y axes, respectively, whereby on the screen 212 results in a scan line Ol Rl Pl, which corresponds to the transmission path ORP for the ultrasonic beam. The fact that, by modulating the brightness of the resulting scan line with the aid of an echo signal originating from the interior of the material of the body 104 to be checked, a cross-sectional image can be obtained which shows the shape of the acoustic interfaces within the body 104

wiedergibt, ist als sogenannte ß-Bildtechnik allgemein bekannt.reproduces is general as a so-called ß-image technique known.

Berücksichtigt man weiter, daß die Zeit für die Rückkehr eines Echosignals zum Aussendepunkt gleich der Zeit ist, die der Ultraschallstrahl für die Zurücklegung seines Rückweges vom Punkt P über den Punkt R zum Punkt O benötigt, und nimmt man außerdem an, daß ein in der Zeichnung nicht dargestellter Lagedetektor Signale erzeugt, die den Koordinaten x₀ und y₀ des Punktes O entsprechen, dann ergeben sich an Stelle der Gleichungen (5) und (6) für die erforderlichen Abtastsignale E_x und E₁, die nachstehenden Beziehungen:Consider further that the time for the return of an echo signal to the point of transmission is equal to the time it takes for the ultrasonic beam to travel back from point P via point R to point O , and it is also assumed that one in the drawing If the position detector (not shown) generates signals which _{correspond to the coordinates x 0} and y _{0 of} the point O , the following relationships result instead of the equations (5) and (6) for the required scanning signals E _x and E _1:

d-tanWd-tanW

y sin Wff-y sin Wff-

E₁. = y₀ + d + ^?E ₁ . = y ₀ + d + ^?

— η¹ ■ sin²1- η ¹ ■ sin ² 1

wobei außerdem gilt f^ = 2t_R. where f ^ = 2t _R also applies.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 3a und 3b ein tatsächliches Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines Tastkopfes für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschalldetektor beschrieben werden.Next, referring to the illustration in Fig. 3a and 3b an actual embodiment for the construction of a probe head for an ultrasonic detector designed according to the invention are described.

Der in F i g. 3 a und 3 b dargestellte Tastkopf 300 enthält einen Oszillator 101 für die Abstrahlung und den Empfang von Ultraschallimpulsen, und er besitzt einen beweglichen Schuh 302 aus einem Material mit gutem übertragungsverhalten für Ultraschallwellen, der akustisch mit dem Oszillator 101 gekoppelt ist und sich auf einem Kreisbogen um eine zentrale Achse A in beiden Richtungen verdrehen läßt, wobei er in einem auf eine Oberfläche eines zu prüfenden Körpers 104 aufgesetzten Halteschuh 303 gehalten ist und an Gleitflächen 321 und 331 entlanggleiten kann. Auf die Gleitflächen 321 und 331 kann ein flüssiges Koppelmedium wie Wasser, öl, Glyzerin od. dgl. aufgebracht sein, um einen guten akustischen Kontakt für eine glatte übertragung der Ultraschallwellen aufrechtzuerhalten. Für die Verdrehung des beweglichen Schuhs 302 um die zentrale Achse A ist ein Betätigungshebel 305 vorgesehen, und der Oszillator 101 folgt der sich bei Handhabung des Betätigungshebels 305 ergebenden Verdrehung des Schuhs 302 in der Weise, daß sich der Einfallswinkel (-) für den vom Oszillator 101 ausgehenden und über den beweglichen Schuh 302 und den Halteschuh 303 in das Material des zu prüfenden Körpers 104 eingestrahlten Ultraschallstrahl / entsprechend ändert. Dieser Betrieb des in Fig. 3a und 3b dargestellten Tastkopfes kann sich unter Antrieb durch einen Motor oder eine andere Quelle für mechanische tCräfte automatisch abspielen. Über ein Potentioteeter 306 wird ein elektrisches Signal E₀ erzeugt, das dem Einfallswinkel θ für den Ultraschallstrahl / Entspricht und mit der Verdrehung des beweglichen Schuhs 302 auf dem Kreisbogen um die zentrale Achse A variiert, wobei diese Bewegung vom be-Weglichen Schuh 302 auf das Potentiometer 306 über fein Zahnradgetriebe mit ineinandergreifenden Zahtamgen 307 und 308 übertragen wird. Der bewegliche Schuh 302, der Halteschuh 303 und das Potentiometer 306 sind an einer gemeinsamen Montageplatte 309 befestigt, die das Tragelement fiir den Tastkopf 902 darstelltThe in F i g. 3 a and 3 b shown probe head 300 contains an oscillator 101 for the emission and reception of ultrasonic pulses, and it has a movable shoe 302 made of a material with good transmission behavior for ultrasonic waves, which is acoustically coupled to the oscillator 101 and is on an arc can be rotated about a central axis A in both directions, it being held in a holding shoe 303 placed on a surface of a body to be tested 104 and being able to slide along sliding surfaces 321 and 331. A liquid coupling medium such as water, oil, glycerine or the like can be applied to the sliding surfaces 321 and 331 in order to maintain good acoustic contact for smooth transmission of the ultrasonic waves. For the rotation of the movable shoe 302 about the central axis A , an actuating lever 305 is provided, and the oscillator 101 follows the rotation of the shoe 302 resulting from manipulation of the actuating lever 305 in such a way that the angle of incidence (-) for the oscillator 101 outgoing and irradiated via the movable shoe 302 and the holding shoe 303 into the material of the body to be tested 104 / changes accordingly. This operation of the probe head shown in FIGS. 3a and 3b can take place automatically when driven by a motor or some other source of mechanical forces. An electrical signal E _{0 is} generated via a potentiometer 306, which corresponds to the angle of incidence θ for the ultrasonic beam / and varies with the rotation of the movable shoe 302 on the circular arc around the central axis A , this movement from the movable shoe 302 to the Potentiometer 306 is transmitted via fine gear transmission with interlocking Zahtamgen 307 and 308. The movable shoe 302, the holding shoe 303 and the potentiometer 306 are fastened to a common mounting plate 309, which represents the support element for the probe head 902

Wie die obige Erläuterung zeigt, ermöglicht der Einsatz des dargestellten Tastkopfes die übertragung und den Empfang eines Ultraschallstrahls unter jedem gewünschten Winkel (-) innerhalb der in F i g. 1 durch Maximalausschläge -W₁₁₁ und +(-)„, bezeichneten Grenzen unter gleichzeitiger Erzeugung eines der Strahlrichtung für den Empfang und die Aussendung von Ultraschallwellen entsprechenden elektrischen Signals. Dabei läßt sich der Oszillator 101,As the above explanation shows, the use of the probe head shown enables the transmission and reception of an ultrasonic beam at any desired angle (-) within the ranges shown in FIG. 1 by maximum deflections -W ₁₁₁ and + (-) ", designated limits with simultaneous generation of an electrical signal corresponding to the beam direction for the reception and transmission of ultrasonic waves. The oscillator 101,

ίο dessen Lage relativ zur Oberfläche des zu prüfenden Körpers 104 stets genau meßbar ist, entsprechend der Arbeitsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschalldetektors für die Erkennung von Werkstückfehlern betreiben.ίο its position relative to the surface of the test Body 104 is always precisely measurable, corresponding to the operation of the inventively designed Operate the ultrasonic detector for the detection of workpiece defects.

Eine erste Schaltung für den elektrischen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschalldetekiors, mit der sich die für die Wiedergabe der dem Ausbreitungsweg ORP für den Ultraschallstrahl entsprechenden Abtastlinie Ol R] Pl auf dem Bildschirm 212 in Fig. 2 erforderlichen Abtastsignale entlang der λ'- und der V^:Achse erzeugen lassen, ist in F i g. 4 dargestellt und soll im folgenden an Hand dieser Darstellung erläutert werden.A first circuit for the electrical construction of an ultrasonic detector designed according to the invention , with which the scanning signals required for reproducing the scanning line Ol R] Pl corresponding to the propagation path ORP for the ultrasonic beam on the screen 212 in FIG ^: Let the axis be generated is shown in FIG. 4 and will be explained below on the basis of this illustration.

Die in F i g. 4 dargestellte Schaltung arbeitet mit einem Oszillator 101 zusammen, der in einem auf einen zu prüfenden Körper 104 aufgesetzten Tastkopf 300 der in Fi g. 3 a und 3 b dargestellten Art enthalten ist. Ein Triggerimpulsgenerator 401 erzeugt in vorgegebenen gleichmäßigen Zeitintervallen Triggerimpulse und führt sie einem Impulsoszillator 402 zu. der bei ihrem Empfang Ausgangsimpulse erzeugt, die dem Oszillator 101 zugeführt werden und dort die Abstrahlung von Ultraschallwellen auslösen. Das vom Oszillator 101 empfangene Ultraschallsignal wird in einem Verstärker 403 verstärkt und einem Helligkeilsmodulator 404 zugeführt, der den zu einer Bildröhre gehörigen Bildschirm 212 mit einem Helligkeitsmodulationssignal speist. An den Triggerimpulsgenerator 401 ist weiter ein Sägezahngenerator 405 angeschlossen, der ein Sägezahnsignal V\t erzeugt, dessen Gradient der Schallgeschwindigkeit l·, für die Ausbreitung der Ultraschallstrahlen im Koppelmedium zwischen dem Oszillator 101 und dem zu prüfenden Körper 104 entspricht, und dieses Sägezahnsignal F₁ ί wird einer Verzögerungsschaltung 4Oi zugeführt. Die dem Einfallswinkel H für den Ultraschallstrahl bei seinem Auftreffen auf den zu prüfender Körper 104 entsprechende Spannung Ε_θ aus dem Tastkopf 300 wird durch einen Sinus'Kosinus-Modulator 407 in Signale umgewandelt, die den Funktioner sin θ und cos θ entsprechen und von denen da* Signal für cos θ in einem Teiler 408 in ein Signa 2d/cos θ überführt wird. Das Ausgangssignal de: Teilers 408 wird in der Verzögerungsschaltung 40( mit dem Sägezahnsignal V₁1 verglichen, und als Ergebnis dieses Signalvergleichs erscheint am Ausgang der Verzögerungsschaltung 406 ein Verzögerungsim puls mit der Verzögerungszeit t'_R. Dieser Verzöge rungsimpuls wird einem Sägezahngenerator 409 zu geführt und veranlaßt diesen zur Erzeugung eineThe in F i g. The circuit shown in FIG. 4 works together with an oscillator 101, which is located in a probe head 300 of the type shown in FIG. 3 a and 3 b shown type is included. A trigger pulse generator 401 generates trigger pulses at predetermined uniform time intervals and feeds them to a pulse oscillator 402. which, when received, generates output pulses which are fed to the oscillator 101 and there trigger the emission of ultrasonic waves. The ultrasonic signal received by the oscillator 101 is amplified in an amplifier 403 and fed to a brightness wedge modulator 404, which feeds the screen 212 belonging to a picture tube with a brightness modulation signal. A sawtooth generator 405 is also connected to the trigger pulse generator 401, which generates a sawtooth signal V \ t , the gradient of which corresponds to the speed of sound l for the propagation of the ultrasonic beams in the coupling medium between the oscillator 101 and the body to be tested 104, and this sawtooth signal F ₁ ί is fed to a delay circuit 40i. The voltage Ε _θ from the probe 300 corresponding to the angle of incidence H for the ultrasonic beam when it strikes the body to be tested 104 is converted by a sine-cosine modulator 407 into signals which correspond to the functions sin θ and cos θ and of which there are * Signal for cos θ is converted in a divider 408 into a Signa 2d / cos θ . The output of de. Divider 408 is compared in the delay circuit 40 (with the sawtooth signal V ₁ 1, and as a result this signal comparison of the delay circuit appears at the output 406 a Verzögerungsim pulse with the delay time t _'R This tarry approaching pulse a sawtooth generator becomes out 409 and causes it to generate a

Sägezahnsignals -f U — Ir) mit einem Gradientei V₂'2* das zwei Multiplikatoren 410 und 411 zugefiihr wird.Sawtooth signal -f U-Ir) with a gradient e V ₂ '2 * which is fed to two multipliers 410 and 411.

Das Ausgangssignal für sin (-> aus dem Sinus Kosinus-Modulator 407 wird einem Koeffizienten multiplikator 412zugeführt. der es mit dem Brechungs index ;i multipliziert und daher ein AlisgangssignaThe output signal for sin (-> from the sine cosine modulator 407 is fed to a coefficient multiplier 412, which multiplies it by the refractive index; i and is therefore an output signal

ίοίο

der Form ;i ■ sin (■) erzeugt, das der Reihe nach einem Quadrierer 413, einem Siiblrahicrer4l4 und einem Wurzelbildner 415 zugeführt wird, wodurch sich im Gesamtergebnis ein Signal der Form |/ 1-n² · sin² (-) of the form; i ■ sin (■) , which is fed in sequence to a squarer 413, a Siiblrahicrer4l4 and a root generator 415, resulting in a signal of the form | / 1-n ² · sin ² (-) in the overall result

ergibt, das im Multiplikator 411 mit dem Signal y (r - t'_R) multipliziert wird, wodurch dann ein Signal der Form ^ \^r\ - ir ■ sin² H (t - t'_R) entsteht. In einem Addierer 416 wird zu diesem Ausgangssignal des Multiplikators 411 ein Signal d hinzuaddiert, das dem vertikalen Abstand des Oszillators 101 von der Oberfläche 141 des πι prüfenden Körpers 104 in F i g. 1 entspricht, und außerdem wird im Addiererresults, which is multiplied in the multiplier 411 with the signal y (r - t ' _R ) , which then results in a signal of the form ^ \ ^r \ - ir ■ sin ² H (t - t' _R ) . In an adder 416, a signal d is added to this output signal of the multiplier 411, which corresponds to the vertical distance of the oscillator 101 from the surface 141 of the test body 104 in FIG. 1 corresponds to, and also is in the adder

416 noch eine Addition zwischen dieser Signalsumme und einem Signal y„ durchgeführt, das der Lage des Tastkopfes 300 auf der V'-Achse entspricht, und als Ergebnis dieser doppelten Addition entsteht das Ablenksignal E_y für die Ablenkung entlang der V -Achse auf dem Bildschirm 212.416 an addition is carried out between this signal sum and a signal y ″ , which corresponds to the position of the probe head 300 on the V ′ axis, and the result of this double addition is the deflection signal E _y for the deflection along the V axis on the screen 212.

Der Multiplikator 410 multipliziert das Signal yThe multiplier 410 multiplies the signal y

(f - t'_R) mit dem Signal η · sin «ausdemKoeffizientenmultiplikator 412 und erzeugt so ein Signal der Form(f - t ' _R ) with the signal η · sin «from the coefficient multiplier 412 and thus generates a signal of the form

ο · ,- sin · <-) If t'_K). das dem Addierer 419 als einο ·, - sin · <-) If t ' _K ). that to adder 419 as a

Eingangssignal zugeführt wird. An die Ausgange des Sinus-Kosinus-Modulators 407 ist weiter ein TeilerInput signal is supplied. There is also a divider at the outputs of the sine-cosine modulator 407

417 angeschlossen, der die Signale sin (-) und cos H durcheinander dividiert und auf diese Weise ein Signal tan (■) erzeugt, das in einem anschließenden Koeffizientenmultiplikator 419 mit dem Signal <i multipliziert wird, so daß das Ausgangssignal d ■ tan (-) entsteht, das dem Addierer 419 als ein zweites Eingangssignal zugeführt wird. Als Ergebnis dieser doppelten Signaleinspeisung und der gleichzeitigen Einspeisung eines der Lage des Taslkopfes 300 auf der X-Achse entsprechenden Signals x_a an einem dritten Eingang kommt es im Addierer 419 zur Addition dieser drei Signale, als deren Ergebnis das Ablenksignal E_x für die Ablenkung entlang der X-Achse auf dem Bildschirm 212 entsteht.417 connected, which divides the signals sin (-) and cos H by one another and in this way generates a signal tan (■) , which is multiplied by the signal <i in a subsequent coefficient multiplier 419, so that the output signal d ■ tan (- ) , which is fed to adder 419 as a second input signal. As a result of this double signal feed and the simultaneous feed of a signal x _a corresponding to the position of the probe head 300 on the X axis at a third input, these three signals are added in the adder 419, resulting in the deflection signal E _x for the deflection along the X-axis on the screen 212 arises.

Mit den in der obigen Weise eil.altenen Ablenksignalcn E_x und £,. wird auf dem Bildschirm 212 eine Abtastung entlang der X- und der Y-Achse durchgeführt, während gleichzeitig ein vom Helligkeitsmodulator 404 erzeugtes Ultraschallbildsignal zu einer Helligkeitsmodulation führt, wodurch insgesamt die Wiedergabe eines akustischen Querschnittsbildes für das Material des zu prüfenden Körpers 104 möglich wird.With the deflection signals E _x and £ ,. a scan along the X and Y axes is carried out on the screen 212, while at the same time an ultrasonic image signal generated by the brightness modulator 404 leads to a brightness modulation, whereby overall the reproduction of an acoustic cross-sectional image for the material of the body to be tested 104 is possible.

Als nächstes soll eine sich im Rahmen der Erfindung bietende Möglichkeit zur Beseitigung der Schwierigkeiten behandelt werden, die sich aus der Variation der Empfindlichkeit in der Fehlererkennung ergeben, die auf die Änderung des Wirkungsgrades für die übertragung der Ultraschallwellen in den zu prüfenden Körper hinein mit dem Einfallswinkel für die eingestrahlten Ultraschallstrahlen bei Sektorabtastung zurückgehen, wobei für diese Erläuterung auf die Darstellung in F i g. 5 Bezug genommen wird.Next one is supposed to be within the scope of the invention Providing an opportunity to eliminate the difficulties arising from the variation will be dealt with the sensitivity in the error detection result, which on the change in the efficiency for the Transmission of the ultrasonic waves in the test Body in with the angle of incidence for the irradiated ultrasound beams with sector scanning go back, for this explanation on the representation in F i g. 5 is referred to.

Der Umstand, daß die Empfindlichkeit für die Fehlererkennung eine Neigung zur Variation mit dem Einfallswinkel (·) für die von einem Oszillator 101 in einem Tastkopf 300 mit variablem Abstrahlungswinkel der in Fig. 3a und 3b gezeigten Bauart zeigt, ist in F i g. 5 durch die Kurve LMN angedeutet. Es ist nun möglich, diese Neigung zu kompensieren und damit unabhängig von Änderungen im Einfallswinkel W für die Ullraschallstrahlcn einegleichformige Empfindlichkeit für die Fehlererkennung aufrechtzuerhalten, indem die Verstärkung in dem das Ultraschallechosignal verstärkenden Verstärker mil Hilfe des Winkelsignals Ε_θ so variiert wird, daß sie in Enlsprcchiumg zum variablen Einfallswinkel (-) The fact that the sensitivity for error detection exhibits a tendency to vary with the angle of incidence (·) for that of an oscillator 101 in a probe head 300 with variable radiation angle of the type shown in FIGS. 3a and 3b is shown in FIG. 5 indicated by the curve LMN . It is now possible to compensate for this tendency and thus to maintain a uniform sensitivity for the error detection independent of changes in the angle of incidence W for the ultrasound beams by varying the amplification in the amplifier which amplifies the ultrasound echo signal with the help of the angle signal Ε _θ so that it is in English to the variable angle of incidence (-)

ίο der Kennlinie LMN' in F i g. 5 folgt.ίο the characteristic curve LMN ' in F i g. 5 follows.

Eine Schaltung für die Durchführung einer solchen Signalsteuerung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschalldetektor ist in Form eines Block-Schaltbildes in F i g. 6 dargestellt. In diesem Blockschallbild speist ein auf einen zu prüfenden Körper 104 aufgesetzter Tastkopf601 mit der Möglichkeit einer Änderung des Abstrahlungswinkcls (■) für die Ultraschallstrahlen unter gleichzeitiger Erzeugung eines entsprechenden Winkelsignals £_θ entsprechend der Darstellung in Fig. 3a und 3b zum einen einen Funklionssignalgenerator 604 mit diesem Winkelsignal E_e und zum anderen einen in seiner Verstärkung variablen Verstärker 603 mit dem aus den am bzw. im Körper 104 rückgesirahllen Ultraschall-Strahlen gewonnenen Echosignal e. Die Abstrahlung der Ullraschallstrahlcn durch den Tastkopf 601 erfolgt unter Steuerung durch einen Impulsgenerator 602 für Ullraschallimpulse. Die im Verstärker 603 jeweils wirksame Verstärkung wird durch ein Steuersignal c bestimmt, das dem Verstärker 603 vom Funktionssignalgencrator 604 zugeführt wird, und dieses Steuersignal c ist in Abhängigkeit vom Winkelsignal Ε_θ so ausgelegt, daß die Verstärkung im Verstärker 603 in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel <-> entsprechenden Winkelsignal Ε_θ die Kennlinie LMN in F i g. 5 durchläuft. An den Ausgang des Verstärkers 603 ist noch ein Hauptverstärker 605 für die Abgabe des Ausgangssignals angeschlossen. Die Verwendung der oben beschriebenen Schaltung ermöglicht die Realisierung eines Ultraschalldetektors für die Fehlererkennung, der unabhängig von der Abstrahlungsrichtung für die Ultraschallstrahlen durch den Tastkopf und damit unabhängig vom Einfallswinkel dieser Ultraschallstrahlen am zu prüfenden Körpei eine gleichförmige Empfindlichkeit für die Fehlererkennung zeigt.A circuit for carrying out such a signal control according to a preferred embodiment for an ultrasonic detector designed according to the invention is shown in the form of a block diagram in FIG. 6 shown. In this block diagram, a probe head 601 placed on a body to be tested 104 feeds on the one hand a function signal generator 604 with this function signal generator 604 with the possibility of changing the radiation angle (■) for the ultrasonic beams while simultaneously generating a corresponding angle signal £ _{θ corresponding to the representation in FIGS. 3a and 3b} Angle signal E _e and, on the other hand, an amplifier 603 variable in its gain with the echo signal e obtained from the ultrasonic beams back-spiraled on or in the body 104. The radiation of the ultrasonic beams through the probe 601 is carried out under the control of a pulse generator 602 for ultrasonic pulses. The gain effective in amplifier 603 is determined by a control signal c , which is fed to amplifier 603 from function signal generator 604, and this control signal c is designed as a function of the angle signal Ε _θ so that the gain in amplifier 603 as a function of the angle of incidence <-> corresponding angle signal Ε _θ the characteristic curve LMN in F i g. 5 runs through. A main amplifier 605 for delivering the output signal is also connected to the output of amplifier 603. The use of the circuit described above enables the implementation of an ultrasonic detector for fault detection, which shows a uniform sensitivity for fault detection regardless of the direction of emission for the ultrasonic beams through the probe and thus regardless of the angle of incidence of these ultrasonic beams on the body to be tested.

Ausgehend von der vorstehenden Beschreibung versteht es sich, daß gemäß der Erfindung Ultraschall· strahlen in vielerlei Richtung von vielen Stellen au der Oberfläche eines zu prüfenden Körpers über tragen werden, um zu einem akustischen Querschnitts bild für das Innere des zu prüfenden Körpers zu ge langen, so daß sich auf etwaige Lunkerstellen ode:Based on the description above It goes without saying that, according to the invention, ultrasound rays emanate in many directions from many locations the surface of a body to be tested to be transferred to an acoustic cross-section image for the inside of the body to be tested long, so that there are any cavities or:

sonstige Fehler im Material des zu prüfenden Körper zurückgehende akustische Grenzflächen unter gleich zeitiger Anzeige ihrer Lage und ihrer Form erkennei lassen. Außerdem wird es dank der Erfindung möglich mittels Sektorabtastung eine getreue Wiedergab eines akustischen Querschnittsbildcs für einen zi prüfenden Körper zu erhalten, der aus einem Materia besteht, in dem sich der Ultraschall mit einer anderei Geschwindigkeit ausbreitet als in einem Medium Iu die UUraschallübertragung. und dies stellt für all möglichen industriellen Anwendungen einen erheb liehen praktischen Vorteil dar.other defects in the material of the body to be tested, declining acoustic interfaces below equal early indication of their position and shape. It also becomes possible thanks to the invention by means of sector scanning a faithful reproduction of an acoustic cross-sectional image for a zi body to be examined, which consists of a materia in which the ultrasound interacts with another Speed propagates than in a medium Iu the ultrasonic transmission. and this represents for all potential industrial applications represent a considerable practical advantage.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ultrasonic detector for detecting workpiece defects with a probe head in acoustic contact with a workpiece to be tested with a variable beam angle, which scans a section of the workpiece to be tested with an ultrasonic beam and an electrical echo signal for a viewing device from the ultrasound reflected on or in the workpiece wins two pairs of deflection plates, which, under control by an electrical angle signal dependent on the direction for the transmission and reception of the ultrasound at the probe head, and by an electrical path signal dependent on the propagation path for the ultrasound in the workpiece to be tested, generate a scanning line that can be light-modulated via the echo signals, which corresponds to the passage and the speed of the ultrasound within the workpiece to be tested and, thanks to its brightness modulation, provides an acoustic cross-sectional image for the workpiece to be tested via the echo signals, characterized in that of the two channels between the deflection plate pairs (X and Y) of the viewing device (212) on the one hand and the probe head (300; 601) on the other hand the one channel following a sine / cosine modulator (407) for the derivation of the function sin θ and cos θ of the scanning angle (■) for the ultrasound on the one hand a first multiplier (412) for the multiplication of the function sin θ with a factor (n) corresponding to the refractive index for the ultrasound at the boundary between the coupling medium and the workpiece, on the other hand a first divider (408) fed with the function cos (- ) with twice the vertical distance of the probe from the workpiece surface corresponding to a division ratio ( 2d), a series delay circuit (406) with the passage (V ₁ 1) for the ultrasound through the coupling medium corresponding delay and a sawtooth generator (409), which like the first multiplier (412) with a first input of a second multiplier (410) is connected, at the output of which a first adder (419) is connected, which also has a second divider (41 7) for the formation of the function tan (-) and a third multiplier (418) connected downstream of this for the multiplication of the output signal of the second divider (417) with a perpendicular distance of the probe head (300; 601) of the workpiece surface corresponding factor (d) is connected to the sine / cosine modulator (407), while the second channel is connected to the sine / cosine modulator (407) on the one hand with the first divider (408), the delay circuit (406) and the sawtooth generator (409) and, on the other hand, the first multiplier (412), a squarer (413) following this, a subtractor (414) for subtracting the output signal of the squarer (413) from the number "I" and a subsequent root generator (415), of which the sawtooth generator (409) and the root generator (415) each have an input of a fourth multiplier

(411) for the mutual multiplication of the output signals of the sawtooth generator (409) and the root generator (415) are connected, to which an input of a second adder (416) is connected, which at a second input corresponds to the vertical distance of the probe head (300: 601) the corresponding signal (d) is fed from the workpiece surface.

2. Ultrasonic detector according to claim 1, characterized in that to determine the delay (V ₁ I) of the delay circuit (406) this is connected at a control input to a sawtooth generator (405) which generates a sawtooth signal under control by a trigger pulse generator (401) , the gradient of which corresponds to the speed of sound (P ₁ ) for the propagation of the clock sound in the coupling medium between the probe (300; 601) and the workpiece surface.

3. Ultrasonic detector according to claim 1 or 2, characterized in that in addition means (603,604) for changing the signal received from the probe (601) in accordance with the changes in the scanning angle ((-)) for the ultrasonic beam emitted by the probe (601) (/) is provided.

4. Ultrasonic detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the probe head (300) has an oscillator (101) movable on an arc of a circle for transmitting and receiving ultrasound and a while maintaining acoustic contact to the workpiece to be tested (104) the scanning angle (β) for this oscillator (101) corresponding electrical signal generating signal generator (306) contains.