DE2424658C3 - Ultraschall-Prüfvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zum Feststellen von in einem Volumen eines zu
untersuchenden, insbesondere metallischen, Werkstükkes vorhandenen Einschlüssen durch Auswerten von
Reflexionen von impulsförmig in das Volumen abgestrahlter Ultraschallenergie, mit einem bewegbaren, an
ein Sende-Empfangs-Gerät angeschlossenen Prüfkopf, dessen Vorschubgeschwindigkeit zur Folgefrequenz der
abgestrahlten Ultraschallimpulse in Relation steht, mit mehreren einander parallelgeschalteten Impulszählern,
die mit Hilfe von Schwellwertschaltungen auf unterschiedliche Amplituden ansprechen, und mit einer durch
das Sende-Empfangs-Gerät synchronisierten Zeittorschaltung zur Tiefenausblendung.
Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 34 81 186 bekannt Wie bei gängigen
Ultraschall-Prüfvorrichtungen wird auch bei ihr innerhalb eines zu erfassenden Bereiches nur das stärkste
aller erfaßbaren Echosignale ausgewertet.
Aus der US-PS 29 44 667 ist ein Oberflächen-Prüfgerät mit Klassiereinrichtung in Form mehrerer einem
Impulsgeber nachgeschalteter und untereinander parallelgeschalteter, aber mit unterschiedlichen Amplituden-Ansprechschwellen
ausgestatteter Impulszähler bekannt, wobei die Auswertung darauf beruht, eine definierte
Auswahl unter den die Schwelle überragenden Impulsen bezüglich einander vorzunehmen.
Aus der US-PS 32 87 962 ist eine Ultraschall-Werkstoffprüfvorrichtung
bekannt, bei der eine Teilung der Impulsfolgefrequenz nach Maßgabe der gewünschten
Tiefenbereichs-Darstellung auf einer Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist
Nachteilig bei den allgemein gebräuchlichen Ultraschall-Werkstoffprüfvorrichtungen
eingangs genannter Art mit Fehlstellen-Zählern ist insbesondere, daß sie bei einer jeweils gegebenen Position des Prüfkopfes auch
dann, wenn mehrere Fehlstellen im Ausbreitungsweg der Ultraschallenergie liegen, nur auf das eine
Echosignal ansprechen, das der stärksten, aufgrund Überschreitung der vorgegebenen Amplitudenschwelle
erfaßten, Fehlstelle entspricht Dadurch bleiben die weiteren Echosignale von allen anderen Fehlstellen, die
im Zuge der Ausbreitung der Ultraschallwelle erfaßt
werden, ohne Einfluß auf das Zählergebnis und damit auf die Prüfgeräte-Aussage über die Werkstoffqualität
Die Anzahl der tatsächlich vorhandenen Fehlstellen kann also sehr viel größer sein, als die Anzahl der
aufaddierten Fehlstellen.
Während dennoch diese vorbekannten und umfangreich eingesetzten Werkstoff-Prüfvorrichtungen gattungsgemäßer
Art durchaus ihre Berechtigung haben,
ίο nämlich zur Kontrolle darauf, ob überhaupt Fehlstellen
in einer interessierenden Werkstück-Region vorhanden sind, liegt der Erfindung im wesentlichen die Erkenntnis
zugrunde, daß die damit gewinnbare Information sich zur Beantwortung der weitergehenden Fragestellung
der metallurgischen Qualität des Werkstückes insgesamt nicht eignet, weil hierfür ein Zählergebnis mein
aussagekräfitg ist, das sich nach Maßgabe nur der jeweils einen Echoinformation in bezug auf eine
vorgegebene Aitsprechschwelle einstellt So hat sich
dann auch gezeigt, daß vielfältig unternommene Versuche, aus einer Anwendung und Modifikation der
gebräuchlichen Fehlstellen-Werkstoffprüfgeräte über eine Abschätzung der Fehlstellenanzahl zu einer
reproduzierbaren und durch metallografische Untersuchungen bestätigbare Aussage über die Werkstoffeigenschaften
zu gelangen, wider Erwarten nicht zu aussichtsreichen Ergebnissen führten.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Prüfvorrichtung eingangs genannter
Art derart auszugestalten, daß über die mittels Zählschaltungen durchführbare Auswertung von
Echoinformationen aus einem erfaßten Volumen eines zu untersuchenden Werkstückes eine reproduzierbare
Information über die Werkstückeigenschaften aufgrund der tatsächlich im Werkstück enthaltenen Einschlüsse
mit herkömmlichen Ultraschall-Testgeräten gewinnbar wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß alle Impulszähler direkt an das Empfangs-Geräi
und gemeinsam an das Zeittor angeschlossen sind, welches mit einem einstellbaren Freuqenzteiler zusammengeschaltet
ist, dessen Teilerfaktor die Prüfpunktdichte bestimmt
Obwohl es einerseits bei Ultraschall-Prüfvorrichtungen der gattungsgemäßen Art generell üblich ist, eine mehr oder weniger drastische Beschränkung hinsichtlich der Auswertung verfügbarer Echoinformationen vorzunehmen, um reproduzierbare Auswerteergebnisse zu erzielen, und andererseits Versuche, solche Prüfvorrichtungen über die Fehlstellenprüfung hinaus auch zui Werkstoffanalyse einzusetzen, sich als Fehlschläge erwiesen, haben kristallografische Vergleichsuntersuchungen überraschenderweise ergeben, daß mit de. erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, also unter Abkeru von der bisherigen Beschränkung in der Echoimpuls-Auswertung, tatsächlich qualitative und auch reproduzierbare Aussagen über die Werkstoffqualität in metallurgischer Hinsicht erzielbar sind.
Von besonderem anwendungsorientiertem Vorteil ist bei dieser erfindungsgemäßen Lösung auch, daß für die Erzeugung der abzustahlenden Ultraschallimpulse und für deren Lokalisierung in bezug auf das zu untersuchende Volumen auf handelsübliche Geräte der Ultraschall-Prüftechnik zurückgegriffen werden kann, ohne beson-
Obwohl es einerseits bei Ultraschall-Prüfvorrichtungen der gattungsgemäßen Art generell üblich ist, eine mehr oder weniger drastische Beschränkung hinsichtlich der Auswertung verfügbarer Echoinformationen vorzunehmen, um reproduzierbare Auswerteergebnisse zu erzielen, und andererseits Versuche, solche Prüfvorrichtungen über die Fehlstellenprüfung hinaus auch zui Werkstoffanalyse einzusetzen, sich als Fehlschläge erwiesen, haben kristallografische Vergleichsuntersuchungen überraschenderweise ergeben, daß mit de. erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, also unter Abkeru von der bisherigen Beschränkung in der Echoimpuls-Auswertung, tatsächlich qualitative und auch reproduzierbare Aussagen über die Werkstoffqualität in metallurgischer Hinsicht erzielbar sind.
Von besonderem anwendungsorientiertem Vorteil ist bei dieser erfindungsgemäßen Lösung auch, daß für die Erzeugung der abzustahlenden Ultraschallimpulse und für deren Lokalisierung in bezug auf das zu untersuchende Volumen auf handelsübliche Geräte der Ultraschall-Prüftechnik zurückgegriffen werden kann, ohne beson-
b5 dere schaltungstechnische Modifikationen vornehmen
zu müssen. Es wird vielmehr lediglich ein Frequenzteiler für die Teilung der Impulsfolgefrequenz eines Ultraschall-Generators
mit einem Zeittor zusammengesetzt-
tet, über das das Zeitintervall entsprechend der für die
momentane Untersuchung interessierende Beschallungstiefe eingestellt wird, wofür das Zeittor vom
Frequenzteiler über Steuerimpulse getriggert und zugleich die Parallelschaltung der Impulszähler freigegeben
wird. Es können aber auch interessierende Beschallungstiefen mittels des Zeittors eingestellt
werden, um gemäß dieser Einstellung eine Frequenzteilung vorzunehmen, unter Berücksichtigung der gegebenen
Vorschubgeschwindigkeit des Prüfkopfes hinsichtlich der Steaerimpuls-Folgefrequenz zur Freigabe der
Impulszähler. In jedem Falle ist es möglich, die Anzahl der tatsächlich im interessierenden Volumen enthaltenen
Fehlstellen über die Zähler-Parallelschaltung praktisch beliebig genau zu erfassen, indem auf die
Folgedichte der Prüfpunkte längs des Prüfkopf-Weges bei der Werkstück-Untersuchung Einfluß genommen
wird.
Zur näheren Erläuterung des Wesens und der Vorteile der Erfindung wird auf nachstehende Beschreibung
eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche dargestellten Ausführungsbeispiele zur
erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. Die Zeichnung zeigt dabei nur die für das Verständnis der Erfindung
wesentlichen Teile nach Art eines Blockschaltbildes.
In einem mit Wasser gefüllten Behälter 1 ist ein zu untersuchendes Werkstück 2 eingetaucht, bei dem es
sich beispielsweise um einen prismatischen Stahlbarren handelt
Ein als Schallstrahler und -empfänger dienender Tastkopf 3 wird mit gegebener Vorschubgeschwindigkeit
entlang einem gegebenen Abtastweg 4, der beispielsweise die Form einer Rechteckschwingung hat,
über das Werkstück 2 verschoben. Der Kopf 3, der vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/sec
weiterbewegt wird, ist an ein Sende-Empfangs-Gerät 5
für Ultraschall angeschlossen, der mit einer vorgegebenen Frequenz abgestrahlt wird und dessen Impulsfolgefrequenz
beispielsweise 400 Hz beträgt Der Prüfkopf 3 wird so angesteuert, damit der Brennpunkt des von ihm
abgestrahlten Ultraschall-Strahlenbündels auf der Längsachse des Werkstückes 2 liegt Im Zuge ihres
Durchganges durch das Werkstück 2 trifft die Ultraschall-Energie z. B. auf Oberflächen des Werkstükkes
2 und auf Einschlüsse im Werkstück-Material. Diese Stellen beeinflussen die Ausbreitung des Ultraschalles
und sind Ursache für Reflexionen oder Echos, die sämtlich in Form von Impulsen oder elektrischen
Signalen vom Empfänger-Teil des Sende-Empfangs-Gerätes 5 aufgenommen werden und z. B. ein
Video-Signal ergeben, das auf einem Oszilloskop 6 erscheint Diese elektrischen Signale sind ferner
insgesamt auf jeden einzelnen von drei Impulszählern 7, 8 und 9 geschaltet, die jeder mit einer unterschiedlichen
Ansprech- und Wirksamkeitsschwelle ausgestattet sind. Anders ausgedrückt ist jeder der Impulszähler 7,8 und 9
auf eine vorgegebene Ansprechschwelle eingestellt, die für ihn typisch ist, und er erhält die Gesamtheit aller
Impulse, die von den Ultraschall-Reflexionen herrühren.
Das Sende-Empfangs-Gerät 5 ist an einen Frequenzteiler 10 angeschlossen, der die Impulsfolgefrequenz
gemäß einem vorgegebenen Faktor teilt, der ein Bruchteil der Impulsfolgefrequenz ist. Wenn also
beispielsweise der Frequenzteiler um den Faktor 16 teilt, während die Impulsfolgefrequenz des Sende-Empfangs-Gerätes
5 400 Hz beträgt, dann werden auf diese Weise 25 Steuerimpulse pro Sekunde erhalten, was
einem Steuerimpuls pro 2 mm Vorschub des Prüfkopfes 3 entspricht, wenn die Vorschubgeschwindigkeit oder
Fortbewegungsgeschwindigkeit des Kopfes 50 mm je Sekunde beträgt Dieser Frequenzteiler 10 speist sonach
ein periodisches Signal in ein Zeittor 11 ein und bewirkt
Steuerimpulse, die die Impulszählsr 7,8 und 9 jeweils für eine vorgegebene Zeitspanne freigeben. Die Impulszähler
7,8 und 9 können also nur so lange Impulse zählen, wie sie, entsprechend einer interessierenden Beschallungstiefe,
freigegeben sind.
to Daraus folgt, daß es mittels des Frequenzteilers 10
möglich ist, die Anzahl der Beschallungen je vorgegebene Vorschubstrecke des Prüfkopfes 3 zu beeinflussen,
also die Prüfpunktdichte zu verändern, während die Einstellung des Zetttores 11 es ermöglicht, die wirksame
Beschallungstiefe zu verändern, die somit auch auf einen Teil der Materialstärke des Werkstückes 2 beschränkt
sein kann.
Die Impulszähler 7, 8 und 9 sind ferner auf unterschiedliche Ansprechschwellen eingestellt So ist
z. B. Impulszähler 7 auf die niedrigste Ansprechschwelle
eingestellt; d. h, dieser Impulszähler 7 summiert sämtliche Signale auf, deren Amplituden den Wert
dieser niedrigsten Ansprechschwelle überschreitet, die vorzugsweise so gewählt ist, daß sie den kleinsten bei
der Auszählung der berücksichtigenden Fehlstellen entspricht Dieser Impulszähler 7 erfaßt also alle
Fehlstellen, die kleinsten, die mittleren und die größten. Der Impulszähler 8 ist demgegenüber auf eine höhere
Ansprechschwelle eingestellt und summiert alle Signale auf, deren Amplitude einen mittleren Wert überschreitet,
der so gewählt ist, daß er Fehlstellen mittlerer Größe entspricht, die erfaßt werden sollen. Auf diese
Weise summiert der Impulszähler 8 die mittleren und die größeren Fehlstellen auf. Der dritte Impulszähler 9
ist auf eine noch höhere Ansprechschwelle eingestellt und summiert allein diejenigen Signale auf, deren
Amplitude einen Wert überschreitet, der so gewählt ist,
daß er den größten Fehlstellen im Werkstück 2 entspricht Durch Differenzbildung zwischen den
unterschiedlichen Zählergebnissen, die an den drei Impulszählern 7,8 und 9 angezeigt werden, ist es somit
möglich, die Anzahl der kleineren, der mittleren und der größten Fehler zu bestimmen; d. h., mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist es möglich, die Anzahl der im Werkstück 2 enthaltenen Fehlstellen in unterschiedlichen
Größenklassen zu ermitteln.
Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere deshalb, weil sie es ermöglicht,
bei der Prüfung eines Werkstückes 2 die
so Fehlstellen in guter Annäherung an deren tatsächliche Anzahl zu erfassen und Annäherung an die tatsächlichen
Verhältnisse im Werkstück 2 praktisch beliebig dicht zu treiben, indem die Anzahl von Impulszählern vergrößert
wird. Somit wird eine Aussage über die Verteilung der Fehlstellen unter Berücksichtigung ihrer Bedeutung
gewonnen, die eine repräsentative Klassifizierung der Güte des Werkstückes 2 gestattet. Derselbe Fehler wird
mit großer Sicherheit nicht zweimal gezählt, da die Zählerfreigabe mit dem Prüfkopf-Vorschub gekoppelt
i-.ii ist
Natürlich kann die Hintereinanderschaltung des Frequenzteilers !0 und des Zeittores 11 auch in
umgekehrter Reihenfolge erfolgen, ohne daß dies auf die Erfindung von Einfluß ist. Die Meß- und
.·'. Auswertevorrichtung kann eine größere oder geringere Anzahl an Impulszählern 7, 8, 9 aufweisen. Auf das
Oszilloskop 6 kann verzichtet werden. Das Ultraschallgerät kann getrennte Sende- und Empfangsteile oder
einen gemeinsamen Sende- und Empfangsteil aufweisen. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist schließlich ganz allgemein möglich, so zum Markieren, Zählen und Klassifizieren von Einschlüssen
und sonstigen Fehlstellen in einem Volumen beliebiger Art, insbesondere von inneren Fehlstellen in einem
Metallteil, oder in einem Werkstück 2 aus Kunststoff oder aus anderem Material.
Claims (1)
- Patentanspruch:Ultraschall-Prüfvorrichtung zum Feststellen von in einem Volumen eines zu untersuchenden, insbesondere metallischen, Werkstückes vorhandenen Einschlüssen durch Auswerten von Reflexionen von impulsförmig in das Volumen abgestrahlter Ultraschallenergie, mit einem bewegbaren, an ein Sende-Empfangs-Gerät angeschlossenen Prüfkopf, dessen Vorschubgeschwindigkeit zur Folgefrequenz der abgestrahlten Ultraschallimpulse in Relation steht, mit mehreren einander parallelgeschalteten Impulszählern, die mit Hilfe von Schwellwertschaltungen auf unterschiedliche Amplituden ansprechen, und mit einer durch das Sende-Empfangs-Gerät synchronisierten Zeittorschaltung zur Tiefenausblendung, dadurch gekennzeichnet, daß aJle Impulszähler (7, 8, 9) direkt an das Empfangs-Gerät und gemeinsam an das Zeittor (11) angeschlossen sind, welches mit einem einstellbaren Frequenzteiler (10) zusammengeschaltet ist, dessen Teilerfaktor die Prüfpunktdichte bestimmt
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: ANTRAG AUF NICHTNENNUNG |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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Owner name: COCKERILL SAMBRE S.A., SERAING, BE |
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Free format text: HAFNER, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8500 NUERNBERG |
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