DE2441768C2 - Ultraschall-Impuls-Laufzeitverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und Vorrichtung zu seiner Ausführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Impuls-Laufzeitverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zu seiner Ausführung.

Nach dem Hauptpatent P 23 12 204, ist ein gattungsgleiches Verfahren vorgeschlagen worden. Bei dem Hauptpatent wird die Aufgabe gelöst, eine genaue Bilddarstellung der Inhomogenität im Prüfkörper, auch bei unregelmäßigen Prüfbereichen leicht und visuell exakt mit relativ einfachen Mitteln zu erzeugen, auch für automatisch ablaufende Prüfverfahren, und dadurch wird erreicht, dai Projektionsbilder der Inhomogenität in Form von scharfen Markierpunkten gewonnen werden, unabhängig davon, ob der Abstand zwischen dem Prüfkopf und der Inhomogenität bzw. der Einfallswinkel der Schallwelle sich ändert und zwar in kontinuierlicher beständiger Weise, wobei die Projektion zweidimensional bzw. flärfrig darstellbar als auch de.i bisherigen A- bzw. P-ßüdern der Ultraschalltechnik überlegen ist

Zwar ist es noch bekannt, ein B-BiId in der Schnittdarstellung anzugeben, bei der allerdings projizierte Abbildungen nicht angesprochen werden, die mit Hilfe eines frei beweglichen Winkelprüfkopfes darzustellen sind (GB-PS6 96 920).

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von B-Bildern in einer Schnittdarstellung wird ein senkrecht einschallender Prüfkopf verwendet und das Verfahren dient hauptsächlich für medizinische Zwecke; die Auswertung von Projektionsabbildungen wird hier nicht behandelt (US-PS 35 55 888).

Die Verwendung von Winkelprüfköpfen ist allgemein bekannt, z.B. aus US-PS 35 85 851, jedoch wird auch hier nicht das Problem angegangen, Projektionsabbildungen von Inhomogenitäten bzw. Werkstoffehlern mit Hilfe des frei beweglichen Winkelprüfkopfes darzustellen und auszuwerten.

Der vorliegepdsn Erfindung, ausgehend vom Hauptpatent, liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit des Verfahrens durch DuMiellung zusätzlicher Informationswerte von den Inhomogenitäten bzw. Fehlerstellen innerhalb des Prüflings zu erhöhen unter Beibehaltung relativ einfacher Bauteile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Hierdurch werden neben der gemäß Hauptpatent erzielten Anzeige bzw. der direkten Registrierung von Bildern der Inhomogenitäten zusätzliche detailierte Informationen über die örtliche Struktur, die Dichte und die Orientierung jedes einzelnen Reflektors erstellt, die Genauigkeit und die Sicherheit hinsichtlich der Fehlerinformation wesentlich erhöht und somit der Bereich der Prüfung erweitert. Im einzelnen kann die Größe des Reflektors quantitativ als direkt auslesbarer Intensitätswert des reflektierten Ultraschall-Impulses und zwar gleichzeitig zu der punktförmigen Markierung gemäß Hauptpatent gewonnen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt

Wenn man die Lagenmarkierunpen und die ihr zugeordneten Ampütudenmarkierungerf auf der Registrierfläche von denselben Markiermitteln erzeugt, wird das Verfahren vereinfacht, die zugehörige Vorrichtung benötigt weniger Einzelteile und ist billiger ausführbar. Ferner ist es vorteilhaft, die Markierungen entweder durch Variation der Intensität der Größe und/oder Dauer der Markierung darzustellen, so daß eine bessere individuelle Anpassung an jeweilige Betriebsbedingungen bei der Prüfung möglich ist

Eine Verfeinerung des Verfahrens kann man dadurch erreichen, daß als Amplitudenmarkierungen nur solche Amplitudenwerte ausgewertet werden, die nahe eines vorbestimmten Amplitudenschwellenwertintervalles liegen, wobei jedem solchen Intervall ein Markierungsintensitätspegel zugeordnet ist Hierdurch wird es möglich, unwesentliche Störsignale zu unterdrücken, gleichzeitig Normgrenzen für die Markierung festzulegen, somit unerwünscht niedrige Reflexionsstellen, d. h. Materialfehler, von der Auswertung auszuschließen.

Man kann die Empfindlichkeit der Prüfung erhöhen, al-o mit hohem Verstärkungsfaktor die reflektierten Fehlerechos erfassen, aber gleichzeitig kleine Fehler zwar durch Markierungen aber dann mit niedrigem Inlensitätspegel erfassen und somit sicherstellen, daß hinreichende Ankopplung vorliegt, wenn man die reflektierten Ultraschallimpulse in zwei parallel geschalteten, unterschiedliche und vorbestimmte Verstärkungsfaktoren aufweisenden besonderen Schaltungszweigen gleichzeitig verstärkt; hierbei erfolgt eine Markierung durch die Anzeigeorgane nur dann, wenn die jeweilige Amplitude einen jeweiligen vorbestimmten Amplitudenwert übersteigt; nur dann wird ein zugehöriger Markierungsintensitätspegel erzeugt.

Das Verfahren kann vorteilhaft so ausgeführt werden, daß bei Empfang reflektierter Ultraschallimpulse, deren Amplitude einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gleichzeitig die bereits gesetzten Markierungen solcher reflektierten Ultraschallimpulse unterbrochen werden, deren Amplitude diesen Schwellenwert unterschreitet; hierdurch wird die Störwirkung schwach reflektierter Fehlerechos wesentlich beseitigt.

Wenn die Amplitudenmarkierung der reflektierten Ultraschallimpulse durch punktförmig linear angeordnete Markierungen erzeugt wird, wobei die Markierungslinie einen vorbestimmten Winkel zur Anzeigeachse bildet und die Anzahl der entlang der Markierungslinie erzeugten Markierungen der Amplitude des reflektierten Ultraschallimpulses proportional ist, ist es

für die Bedienungsperson optisch besonders leicht, den zugehörigen Amplitudenwert des Fehlerechos aus der Markierung abzulesen und die zugehörigen Daten der Fehlerstelle, wie ihre Struktur sicher zu beurteilen.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß man sowohl für die Amplituden- als auch Lagenmarkierungen stets von dem gleichen Bezugspunkt der Anzeigenachse ausgeht, also von diesem Punkt aus die Länge eines Lin.ienstückes, gebildet aus den linearen punktförmigen Markierungen zählt bzw. bewertet. Dies vereinfacht das Verfahren für eine Bedienungsperson insoweit, als nur ein Bezugs- bzw. Nullpunkt und somit vereinfachte Anfangsbedingungen vorliegen. Das Verfahren kann aber so abgewandelt werden daß man von einem auf der Anzeigeachse liegenden Bezugspunkt für die Markierlinie (Linienstück) ausgeht, an dem gleichzeitig eine Lagenmarkierung erzeugt wird. In diesem Einzelfall ist es der Bedienungsperson einfacher, die Lagen- als auch die Amplitudenmarkierung gleichzeitig zu beobachten.

Man kann für die Amplitudenmarkierung unterschiedliche Anzeigeorgane, verglichen mit denjenigen für die Lagenmarkierung, verwenden, was den Vorteil hat, daß eine gegenseitige Störung der Amplituden- und der Lagenmarkierung besser vermieden wird. Die zugehörigen Wertangaben sind dann jeweils sicherer ablesbar.

Eine vorteilhafte Maßnahme, die Amplitudenmarkierung mit erhöhter Sicherheit von der Lagenmarkierung zu unterscheiden besteht darin, zugehörige Intensitätsgröße und/oder Dauer einer dieser Markierungen kleiner als diejenige der anderen Markierungen zu bemessen.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sieht vor, daß die Anzeigeorgane für die Lagenmarkierungen und ferner die Anzeigeorgane für die Äinpütuucniriärkierüngen entweder räumlich separate oder im anderen Falle dieselben Bauteile sowie diese durch Steuerschaltungen mit dem Empfängerteil des Ultraschallgerätes und jedes einzelne Anzeigeorgan, insbesondere die jeweilige Leuchtdiode, in Abhängigkeit von den Signalamplituden mehr oder weniger stark als leuchtender Punkt aktivierbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anzeigeorgane zweidimensional, d. h. in Reihen angeordnet, die zueinander einen vorbestimmten Winkel bilden, so daß die Lagen- und Amplitudenmarkierungen, unter Einsatz einfacher Bauteile getrennt voneinander und besonders leicht beobachtet werden können.

Während übliche LHtraschallgeräte jedenfalls dann, wenn die Amplitudenwerte quantitativ zu erfassen sind, ohne ein Ablesen der Amplitudenzacken auf einer Bildröhre (Braunsches Rohr) nicht auskommen, andernfalls Schreiber oder besondere Steuerschaltungen benötigen, wird bei einer Ausgestaltung auch die quantitative Auswertung der Reflexions- bzw. Fehleramplitude in überraschender Weise und mit vereinfachten Bauteilen für ein bestimmtes Anwendungsgebiet, wo ein Netzanschluß schwer möglich ist dadurch erreicht, daß man auf eine Darstellung auf einer Bildröhre grundsätzlich ver- w> ziehtet und die die Anzeigeorgane bzw. Leuchtdioden aufweisende Anzeigeachse mit zugehörigem Halter nur noch mit einer Senderschaltung für elektrische Impulse, einer Empfängerschaltung und zugehörigen Steuerschaiiungen für die Aktivierung der Anzeigeorgane versieht und zu einer batteriegespeisten Einheit zusammenfaßt- Durch dieses, auch tragbare. Gerät wird die Meßgenauigkeit in solchen Prüfbereichen erhöht, wo Netzkabel für die Bildröhre bzw. eine externe Spannungsquelle, z. B. in entlegenen Wüstengebieten bzw. Entwicklungsländern, nicht zur Verfügung stehen.

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

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Prüfkörper mit Prüfköpfen und einer Registrierfläche,

F i g. 2a einen Prüfkopf, den Halter für die Anzeigeorgane in der Draufsicht, mit Blockschaltbild,

F i g. 2b den Prüfkopf mit Halter und Anzeigeorganen gemäß F i g. 2a in der Seitenansicht,

F i g. 3.4a und 4b Kurven zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig.5a eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit dem Prüfkopf, dem Halter und den Anzeigeorganen in der Draufsicht,

F i g. 5b den Prüfkopf iuit Halter und Anzeigeorganen nach K1 g. 5a, ebenfalls in der Draufsicht, jedoch ein anderes Prüfergebnis anzeigend,

F i g. 5c den Prüfkopf mit Halter und Anzeigeorganen nach F i g. 5b in der Seitenansicht,

Fig.6a und 6b eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Darstellung wie in den F i g. 2a und 2b,

Fi g. 7a und 7b noch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Darstellung wie in F i g. 2a und 2b,

F i g. 8a einen Prüfkopf mit Halter und Anzeigeorganen in der Draufsicht und bei der Aufnahme einer polaren Ultraschall-Reflexionscharakteristik,

F i g. 8b den Prjfkopf gemäß F i g. 8a mit Halter und Anzeigeorganen in der Seitenansicht,

F i g. 9a einen Prüfkopf mit Halter und Anzeigeorganen in der Draufsicht und bei der Aufnahme einer linearen Ultraschall-Reflexionscharakteristik.

Fig.9b den Prüfkopf nach Fig.9a mit Halter und Arjzcigcorgaricr; sn der Seitenansicht,

Fig. 10a bzw. 10b noch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Darstellungsform wie in Fig.2a bzw. 2b und

F i g. 11 eine Ausführungsform für ein tragbares Miniatur-Ultraschallgerät im Taschenformat, in der Seitenansicht.

Gemäß F i g. 1 hat ein Prüfkörper 1 eine innere Inhomogenität Z die für Ultraschallimpulse eine Reflexionsstelle bildet Die Impulse werden durch einen auf der ebenen Oberfläche 3 des Prüfkörpers angebrachten Prüfkopfes 4 eingeschallt und empfangen, dessen Ultraschallstrahl 5 zur Oberfläche des Prüfkörpers einen von 90° unterschiedlichen Winkel 6 bildet. Mit Hi'fe von Anzeigeorganen 7 werden punktförmige Lagemarkierungen 8 auf einer Registrierfläche 9 erzeugt Auf der Registrierfläche 9 wird ein Bild 10 der Inhomogenität 2 aufgezeichnet Werden diese Markierungen längs einer Anzeigeachse 11 ausgeführt die in bezug auf den Prüfkopf 4 festliegt und ständig zur Projektion des Ultraschallstrahls 5 auf die Oberfläche des Prüfkörpers parallel verläuft, und wird die Markierung in einer Entfernung vom Schallaussendepunkt 12 des Prüfkopfes vorgenommen, die der Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfang eines Ultraschallimpulses proportional ist so daß die Markierung die Projektion der Reflexionsstelle auf die Oberfläche des Prüfkörpers wird, wird das Bild 10 zu einem Projektionsbild der Inhomogenität 2, weiches völlig einem Büd entspricht das eine radiographische Abbildung erstellen würde.

Als Anzeigeorgane können Lichtquellen benutzt werden, z. B. Leuchtdioden, die an einem in fester Verbin-

dung mit dem Prüfkopf stehenden Halter angebracht sind, so daß sie in einer Linie auf der Anzeigeachse liegen, z. B. Leuchtdioden über oder unter bzw. Schreibspitzen unter dem Halter.

Nun wird die Stärke der reflektierten Schallimpulse dazu ausgenutzt, neben der punktförmigen Lagemarkierung, die die Anwesenheit und die Lage einer Reflexionsitelle anzeigt, eine von der Amplitude des reflektierten Schallimpulses abhängige Markierung zu erzeugen, vgl. Fig.2a, 2b. Am Prüfkopf 4 ist ein Halter 15 befestigt, der auf der Oberseite eine Reine Leuchtdioden 17 trägt, die alle auf der Anzeigeachse 11 liegen.

Sowohl in F i g. 2a und 2b als auch in den nachfolgenden Figuren ist eine erloschene Leuchtdiode 17 durch einen ausgefüllten Punkt, eine schwach leuchtende Leuchtdiode 176, 17t/ durch einen schraffierten Kreis und eine stark leuchtende Leuchtdiode 17a, 17c durch einen Kreis dargestellt.

In F i g. 2a ist der Prülkopl 4 in Verbindung mit einem kompletten Ultraschallgerät 14, einschließlich Bildröhre, zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen dargestellt, die vom Schallaussendepunkt 12 des Prüfkopfes in Richtung des US-Strahles 5 ausgesendet werden und hier auf eine Reflexionsstelle 26, die ein schwaches Echo erzeugt, und eine zweite Reflexionsstelle 2a, die ein starkes Echo erzeugt, auftreffen. Die vom Prüfkopf empfangenen Echosignale werden in das Ultraschallgerät 14 eingespeist und zusammen mit dem ausgesendeten Ultraschallimpuls auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht. Die elektrischen Signale, die dem ausgesendeten Ultraschallimpuls und den empfangenen Echoimpulsen entsprechen, werden auch in eine elektronische Steuerschaltung 18 eingespeist, welche die Leuchtdioden in einer solchen Weise steuert, daß die Leuchtdioden 17a und 176, die sich direkt über der Projektion c'er Reflexionsstellen auf der Oberfläche 3 des Prüfkörpers befinden, aufleuchten.

Die Intensität, mit der die Dioden leuchten, ist von der Größe des zugehörigen Echos abhängig, und diese Abhängigkeit wird mit Hilfe von zwei elektronischen Schaltungszweigen erreicht, die vom Ultraschallgerät 14 gesteuert werden. Der eine Zweig enthält einen Verstärker 19a mit hohem Verstärkungsfaktor, dem ein Trigger 20a nachgeschaUet ist, welcher triggert, wenn der Ampütudenwert des Signals vom Verstärker 19a eine vorbestimmte Amplitudenschwelle übersteigt und dadurch veranlaßt, daß eine auf Intensität ansprechende Steuerschaltung 21a die zugehörige Diode 176 durch eine elektronische Steuerschaltung 18 dazu bringt, daß die Diode 176 mit einer verhältnismäßig niedrigen Intensität aufleuchtet, vgl. F i g. 4b. Der zweite Zweig enthält einen Verstärker 196 mit niedrigem Verstärkungsfaktor, dem ein Trigger 206 nachgeschaltet ist, welcher ganz dem Trigger 20a entspricht und dem eine weitere auf Intensität ansprechende Steuerschaltung 216 nachgeschaltet ist, die die zugehörige Diode 17a durch die elektronische Steuerschaltung 18 dazu bringt mit hoher Intensität aufzuleuchten, vgl. F i g. 4a.

Solange die Amplitude der empfangenen Echosignale so klein ist, daß selbst das Ausgangssignal des Verstärkers 19a nicht dazu ausreicht, den zugehörigen Trigger 20a zu triggern, bewirkt die Steuerschaltung 18, daß die zugehörigen Leuchtdioden nicht gezündet werden. Hat das Echosignal eine solche Amplitude, daß das Ausgangssigna! des Verstärkers !9a den Trigger 20s triggem kann, dagegen das Ausgangssignal des Verstärkers 196, der einen niedrigeren Verstärkungsfaktor hat, nicht imstande ist, den Trigger 206 zu triggern, leuchtet die zugehörige Diode mit schwacher Intensität. Dies ist bei der Reflexionsstelle 26 in F i g. 2b der Fall. Ist schließlich die Amplitude des Echosignals so groß, daß auch das Ausgangssignal des Verstärkers 196 den Trigger 206 triggern kann, dann leuchtet die zugehörige Diode mit hoher Intensität. Dies ist bei der Reflexionsstelle 2a in F i g. 2b der Fall. Hier bewirkt das Echosignal, daß die zugeordnete Diode 17a mit hoher Intensität leuchtet.

In Fig.2a und 2b ist veranschaulicht, wie für das

ίο Licht der Dioden zwei verschiedene Markierungs-Intensitätspegel erzielt werden können, vgl. Fig.4a und 4b.

In Fig. 3, 4a und 4b ist veranschaulicht, wie mehrere verschiedene Markierungs-Intensitätspegel 13a—13c; 16a, 166 in Abhängigkeit von einer entsprechenden Anzahl von Amplitudenintervallen für die Echosignale erzielt werden können.

In Fig. 5a, 5b und 5c ist eine Vorrichtung dargestellt, durch die — solange ein Uitraschaiisirahi auf keine itihomogenität im Prüfkörper trifft —, ein schwaches Licht von allen Leuchtdioden erreicht wird, daß die Funktionsfähigkeit des Gerätes und die Ankopplung anzeigt, wogegen bei Auftreffen des Ultraschallstrahles auf eine Reflexionsstelle, die zugehörige Diode stark aufleuchtet, aber die übrigen Leuchtdioden erlöschen.

Gemäß F i g. 5a wird ein Signal vom Ultraschallgerät 14 teils einem Trigger 22a mit niedrigem Triggerpegel, teils einem Trigger 226 mit hohem Triggerpegel zugeführt. Das Ausgangssignal des Triggers 22a durchläuft ein Gatter 23 und gelangt zur elektronischen Steuerschaltung 18a, die bewirkt, daß selbst durch sehr amplitudenschwache Signale die Leuchtdioden 17 mit niedriger Intensität aufleuchten. Trifft der Ultraschallstrahl 5 eine Reflexionsstelle 2, die ein Echo mit einer hohen Amplitude erzeugt, wird auch der Trigger 226 getriggert, und bewirkt, daß ein monostabiler Multivibrator 24 kippt und dadurch das Gatter 23 sperrt Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Triggers 226 zur Steuerschaltung 18a geführt, wodurch erreicht wird, daß die zugehörige Leuchtdiode 17a mit hoher Intensität leuchtet. Da das Gatter gesperrt ist, sind die übrigen Dioden 17 erloschen. Dieser Zustand ist in Fig. 5b und 5c wiedergegeben.

In den Ausführungsformen nach Fig.2a, 2b, 5a, 5b und 5c sind es dieselben Leuchtdioden, die die Lagemarkierungen einer Reflexionsstelle als auch die Amplitudenmarkierungen des Echosignals erstellen. In Fig.6a und 6b ist dagegen eine Vorrichtung dargestellt, bei der von den Lagenmai'kierungs-Leuchtdioden unterschiedliehe Leuchtdioden zur Angabe der Amplitudenmarkierungen vorhanden sind.

Diese Vorrichtung hat außer dem Halter 15 einen hierzu rechtwinklig verlaufenden und ebenfalls in fester Verbindung mit dem Prüfkopf 4 stehenden weiteren Halter 15a, der eine Reihe von Leuchtdioden 17 trägt. Vom Ultraschallgerät 14 wird der Steuerschaltung 186 ein Signal zugeführt, welches bewirkt, daß beim Empfang eines Echoimpulses von einer Reflexionsstelle 2 die zugehörige, im Halter 15 angebrachte Leuchtdiode 17 zur Lagemarkierung aufleuchtet Das Signal vom Ultraschallgerät 14 wird aber auch einem Amplituden-Schwellenwertwandler 26 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Eingang, einer die Amplitudenmarkierungen bewirkenden Treiberstufe 27 zugeführt wird, so daß eine bestimmte Anzahl der im Halter 15a angebrachten Leuchtdioden aufleuchten. Diese Anzahl ist der Amplitude des Echosignals proportional, und die zugehörigen Leuchtdioden 17c bilden zusammen ein leuchtendes LJ-

nienstück, dessen Länge ein Maß für die Größe der Amplitude des Echosignals ist. Das Linienstück wird von einem festen Punkt 25 auf der Anzeigeachse 11 aus angegeben.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig.7a, 7b erfolgt die Amplitudenmarkierung zwar wie in Fig.6a, 6b über Leuchtdioden, die ein Linienstück angeben, dessen Länge der Amp.'bude des Echoimpulses proportional ist, doch im Gegensatz zu Fig.6a, 6b erfolgt die Amplitudenmarkierung hier von einem variablen Punkt und zwar von dem Punkt aus, der die Lage der Reflexionsstelle angibt, und es sind dieselben Leuchtdioden 17, die zur Lagen- und zur Amplitudenmarkierung benutzt werden. Damit sich die jeweilige Amplitudenmarkierung 17c/von der Lagenmarkierung 17a unterscheiden läßt, erfolgt die Amplitudenmarkierung mit einer geringeren Leuchtintensität als die Lagenmarkierung. Die Vorrichtung nach Fig.7a enthält, wie diejenige der F i g. 6a einen Ampiituden-Schweiienweriumwandier 26a und eine die Amplitudenmarkierung bewirkende Treiberstufe 27a sowie eine der speziellen Funktionsweise angepaßte elektronische Steuerschaltung 18c.

Es ist ersichtlich, daß die Leuchtdiode 17a, die der Lage der Reflexionsstelle 2 entspricht, mit hoher Intensität leuchtet, wogegen die Leuchtdioden 17c/, deren Anzahl von der Amplitude des Echosignals abhängig ist, mit kleinerer Intensität leuchten.

In F i g. 8a und 8b ist dargestellt, wie es mit Hilfe der in F i g. 7a und 7b dargestellten Vorrichtung möglich ist, eine vollständige polare Ultraschall-Reflexionscharakteristik für eine bestimmte Reflexionsstelle aufzunehmen.

Nachdem festgestellt worden ist, daß eine Reflexionsstelle 2 vorliegt, werden der Prüfkopf und der Halter 15 um die die Lagenmarkierung angebende Leuchtdiode 17a geschwenkt, so daß die Anzeigeachse 11 ständig durch den Pro*sktions"unkt dsr Rsilexicnssisüe verläuft, wodurch der Schallaussendepunkt 12 des Prüfkopfes einen Kreisbogen A-A beschreibt. Nach einer Schwenkung von 360° bilden die punktförmigen Amplitudenmarkierungen 28 zusammen eine Fläche, deren Begrenzungslinie die polare Ultraschall-Reflexionscharakteristik 29 bildet. In F i g. 8a und 8b sind di; Leuchtdioden auf der Unterseite des Halters 15 angebracht, so daß sie die lichtempfindliche Registrierfläche 9 direkt beleuchten können. Die jeweils andere Prüfstellung ist durch einen Bezugsstrich angedeutet

In Fig.9a und 9b ist entsprechend dargestellt, wie sich mit Hilfe der in Fig. 7a und 7b dargestellten Vorrichtung eine lineare Uitraschall-Reflexionscharakteristik aufnehmen läßt Nachdem die Anwesenheit einer Reflexionsstelle festgestellt worden Lt, wird der Prüfkopf 4 mit dem Halter 15 so bewegt, daß er eine rechtwinklig zur Anzeigeachse 11 verlaufende translatorische Bewegung ausführt so daß der Ultraschall-Aussendepunkt 12 der geraden Linie B-B folgt. Die Ampiitudenmarkierungen 28 liegen dann auf einer Fläche, deren Begrenzungslinie die lineare Ultraschall-Reflexionscharakteristik 30 für die betreffende Reflexionsstelle darstellt.

Die polare und die lineare Uitraschall-Reflexionscharakteristik geben eine wesentliche Auskunft über die Struktur der Reflexionsstelle, und es ist möglich, Normblätter über die Reflexionscharakteristiken der meisten in der Praxis vorkommenden Inhomogenitäten auszuarbeiten, so daß es durch einen Vergleich der aufgenommenen Ultraschall-Reflexionscharakteristiken und der Nonr.biätter möglich ist auf einfache Weise wesentliche Angaben Ober die jeweilige Reflexionsstelle zu erhalten.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 10a und 10b ist am Halter 15 für die Leuchtdioden zur Lagenmarkiening ein weiterer Halter 31 für eine zweidimensionale Anordnung von Leuchtdioden für die Amplitudenmarkierung befestigt. Die Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Einrichtung nach Fig.6a und 7a und bewirkt eine derartige Steuerung der Leuchtdioden im Halter

ίο 31, daß diese leuchtenden Dioden 17c zusammen ein Linienstück bilden, dessen Länge von der Amplitude des Echoimpulses abhängig ist und das sich rechtwinklig von der Anzeigeachse 11 weg erstreckt, und zwar zur Leuchtdiode 17a, die die Lage der Reflexionsstelle angibt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Lagenmarkierung von der Amplitudenmarkierung getrennt ist, so daß diese Markierungen sich nicht gegenseitig stören, aber die beiden Markierungen in unmittelbarer Nähe voneinander erfoigen, so daß sie sich bequem gleichzeitig überschauen lassen. Falls erwünscht, kann die Amplitudenmarkierung mit einer anderen Intensität erfolgen als die Lagenmarkierung.

Fig. 11 zeigt ein Ultraschallgerät, das als Miniaturgerät im Taschenformat ausgebildet ist. Außer dem Ultraschall-Prüfkopf 4 mit dem zugehörigen Halter 15 und den Leuchtdioden 17 umfaßt das Gerät nur noch einen Sender 32 für Ultraschallimpulse, einen Empfänger 33 für die Echoimpulse und eine elektronische Steuerschaltung 18e, d. h. keine Bildröhre. Die Bauteile 32, 33 und 18e sind zweckmäßig zu einem Gerät 34 zusammengebaut, das batteriebetrieben sein kann. Das Gerät 34 läßt sich mit Leichtigkeit so klein anfertigen, daß es bequem in einer Tasche getragen wird. Da das Gerät von einer externen Stromversorgung unabhängig ist, läßt es sich unter fast allen Bedingungen zur Ultraschallprüfung verwenden. Das Gerät kann außerdem zu einem wesentlich niedrigeren Pre*^c her^o<kcte!!t werden sis die bekannten Ultraschallgeräte, die eine Bildröhre und eine zugehörige kostspielige Steuerschaltung enthalten. Dies wird dadurch möglich, daß die Angaben über die Amplitude des reflektierten Schallimpulses, die .nan bei bekannten Geräten von der Bildröhre abliest, hier zusammen mit der Lagenmarkierung nur auf der Registrierfläche angezeigt werden. Falls erwünscht, kann das Gerät 34 mit einem Prüfkopf 4 zusammengebaut werden, so daß die gesamte Ultraschall-Prüfapparatur aus einem einzelnen Teil besteht. Die in F i g. 11 wiedergegebene Apparatur kann so eingerichtet sein, wie es in einer oder mehreren der voranstehenden Figuren angegeben ist.

so Statt Leuchtdioden können auch andere Anzeigeorgane Anwendung finden, z. B. Schreibspitzen oder der Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre.

Bei vorstehenden Ausführungsformen wird die Amplitude durch die Intensität des von den Leuchtdioden ausgesandten Lichtes oder durch die Länge desjenigen Linienstückes angezeigt welches von einer Reihe leuchtender Dioden bestimmt wird. Die Amplitude läßt sich jedoch auch, z. 3. durch die Schwärzung oder die Größe der punktförmigen Markierung, die durch eine Schreibspitze erzeugt wird, oder durch die Dauer der Leuchtperioden einer blinkenden Lichtquelle, darstellen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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-lmpulsen 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 i> bezug auf die Oberfläche des Prüfkörpers mitvollzieht, und über eine Steuereinrichtung Mittel zur Markierung auf der Registrierfläche geschähet werden, bei dem durch einen Ultraschall-Sende- und Empfangi^Winkelprüfkopf in den Prüfkörper Ultraschalhvciicn unter einem von 90° verschiedenen Winkel eingeschallt und aus diesem empfangen werden, bei dem der Nullpunkt der Anzeigeachse in der Registrierfläche sich richtungsgleich mit dem Ultraschall-Aussendepunkt des Prüfkopfes in vorbestimmtem Maßstabsverhältnis bewegt, bei dem die Richtung der Anzeigeachse in der Registrierfläche über eine lageorientierte Kopplung der Anzeige- und Markierniittei mit dem Prüfkopf bestimmt wird, wobei diese Richtung mit der Richtung der Projektion des S hallstrahis 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-lmpulses zwischen Aussende- und Empfangszeitpunkt erfolgt, wobei die Laufzeit jedes reflektierten Ultraschall-Impulses in ein elektrisches Signal umgewandelt, durch dieses Signal ein Anzeige- bzw. Markierungsmittel in einer zur Signalgröße proportionalen Entfernung zum Nullpunkt der Anzeigeachse aktiviert wird, und die Anzeige- und Markiermittel auf der Registrierfläche eine optisch lesbare Markierung erzeugen, nach Patent P 23 12 204, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die vom reflektierten Ultraschallimpuls herrührende Signalamplitude zunächst mit einem vorbestimmten Amplitudenschwellenwert verglichen und dann, gleichzeitig mit der Erzeugung jeder einzelnen Markierung eine dieser zugeordnete, die Amplitude des reflektierten Ultraschallimpulses darstellende, weitere Markierung auf der Registrierfläche erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen und die ihr zugeordneten Amplitudenmarkierungen auf der Registrierfläche von denselben Markiermitteln erzeugt und die Amplitudenmarkierungen durch Variation der Intensität, der Größe und/oder der Dauer der Markierung dargestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierte Ultraschallimpulse nur dann Amplitudenmarkierungen erzeugen, wenn deren Amplitudenwert jeweils innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenschwellenwertintervalles liegt und daß jedem Amplitudenschwellenwertintervall ein Markierungs-Intensitätspegel zugeordnet ist, mit dem die Amplitudenmarkierung jeweils angezeigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen reflektierten Ultraschallimpulse in zwei parallel geschalteten unterschiedliche vorbestimmte Verstärkungsfaktoren aufweisenden Schaltungszweigen gleichzeitig verstärkt werden und eine Markierung durch die Anzeigemittel dann erzeugt wird, wenn im Schaltungszweig mit dem größeren Verstärkungsfaktor ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Amplitude einen vorbestimmten Wert übersteigt und dadurch einen dieser Amplitudenschwelle zugehörigen ersten Markierungs-Intensitätspegel triggert, oder wenn im Schaltungszweig mit dem niedrigeren Verstärkungsfaktor die verstärkten Signale dieselbe vorbestimmte Amplitudenschwelle übersteigen und dadurch einen zugehörigen zweiten Markierungs-Intensitätspegel erzeugen, der größer als der erste ist

5. Verfahren.nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Empfang reflektierter Ultraschallimpulse, deren Amplitude einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gleichzeitig die bereits gesetzten Markierungen solcher reflektierten Ultraschallimpulse unterbrochen werden, deren Amplitude diesen Schwellenwert unterschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmarkierung der reflektierten Ultrascüallimpulse durch punktförmige, linear angeordnete Markierungen erzeugt wird, wobei die Markierungslinie einen vorbestimmten Winkel zur Anzeigeachse bildet und die Anzahl der entlang der Markierungslinie erzeugten Markierungen der Amplitude des reflektierten Ultraschallimpulses proportional ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmarkierungen auf der jeweiligen Markierlinie stets vom gleichen im Bezug auf die Anzeigeachse festliegenden Bezugspunkte ausgehend, ausgeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruci *, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierlinie von einem Punkt auf der Anzeigeachse aus jeweils angezeigt wird, an dem gleichzeitig eine Lagenmarkierung erzeugt wird.

9. 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 letztere relativ verschiebbar zu einer Registrierfläche angeordnet ist und mit der Sende- und Empfangseinheit des Prüfkopfs elektrisch durch eine Steuerschaltung in Verbindung steht, wobei die Anzeige- und Markiereinrichtung eine Mehrzahl von Anzeigeorganen in linearer Reihe aufweist, die Anzeigeorgane feste Abstände zueinander längs einer Anzeigeachse haben, mit dem Prüfkopf fest verbunden und als punktförmige Lichtquellen ausgebildet sind, wobei jede einzelne Lichtquelle durch eine Steuerschaltung mit dem Empfängerteil der Sende- und Empfangseinheit verbunden und als leuchtender Anzeige- oder Markierpunkt aktivierbar ist, nach Patent 23 12 204, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeorgane (\Ta) für die Lagenmarkierungen und Anzeigeorgane (Vb, Mc) für die Amplitudenmarkierungen räumlich separate bzw. dieselben Bauteile (15 bzw. 15, ISa^. insbesondere punktförmige Leuchtdioden (17) sind, die durch Steuerschaltungen (186,26, 27 oder 18c, 26a, 27a; 18a, 23, 22a; 24, 22b) mit dem

Empfängerteil des Ult?aschallgerätes (14) verbunden sind und daß jedes einzelne Anzeigeorgan (17) durch die Steuerschaltung in Abhängigkeit von den Signalamplituden als ein mehr oder weniger stark leuchtender Punkt (17a, 17c, t7d) aktivierbar ist.

10. Ultraschall-Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeorgane als eine zweidimensionale Anordnung (15,\5a) von Anzeigeelein»iiten ausgebildet ist, daß die 1 agenmarkierungselemeDte (17a,) längs der Anzeigeachse (11) in einer Reihe und die Amplitudenmarkierungselerfiente (t7c) jeweils in einer anderen Reihe angeordnet sind und beide Reihen (bei 15,15a^ einen vorbestimmten Winkel zueinander bilden.

11. Ultraschall-Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer einem Winkelprüfkopf (4) und einem an diesem befestigten Halter (15) mit Anzeigeorganen (7,17) nur eine mit dem Winkelprüfkopf (4) jeweils verbundene Sende-Empfangsschaltung (32, 33) sowie Steuerschaltungen (ISe/'für die Akiivicrjsg der Anzeigemitte! aufweist, wobei die drei Schaltungen zu einrir integrierten batteriegespeisten Einheit (34) zusammengebaut sind.

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