DE2450402A1

DE2450402A1 - Mit mehreren frequenzen arbeitendes ultraschall-pruefsystem

Info

Publication number: DE2450402A1
Application number: DE19742450402
Authority: DE
Inventors: Elroy Jerry Thomas Mc; Sidney Soloway
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Automation Industries Inc
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1974-10-23
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3924454A; FR2249331B3; JPS5744942B2; JPS5080185A; FR2249331A1; GB1492054A; AU7445174A; NL7413906A

Description

Mit mehreren Frequenzen arbeitendes Ultraschall-Prüfsystem

Zur Untersuchung von Werkstücken auf innere Fehler werden zerstörungsfrei arbeitende Ultraschall-Prüfsysteme verwendet. Bei einer Form eines derartigen Systems sendet eine elektromechanische Untersuchungseinheit Ultraschallenergie in das Werkstück. Von verschiedenen inneren Unstetigkeiten innerhalb des Werkstücks werden unterschiedliche Mengen der Ultraschallenergie auf die Untersuchungseinheit reflektiert, die ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Das Auflösungsvermögen hinsichtlich der Größe und Lage eines Fehlers ist eine Funktion der Wellenlänge der Ultraschallenergie. Um kleine Fehler genau aufzulösen, ist es daher erforderlich, mit Hochfrequenz zu' arbeiten. Beispielsweise können Frequenzen von 10 bis 25 MHz verwendet werden.

Andererseits wird das Auflösungsvermögen hinsichtlich solchen Fehlern, die tief in dem Werkstück liegen, durch das Maß an Dämpfung begrenzt, das die Ultraschallenergie beim Eindringen in das Werkstück erfährt. Die Dämpfung bzw. die Verluste innerhalb des Materials sind ferner eine Funktion der Wellenlänge; je kürzer die Wellenlänge ist, desto größer sind die Dämpfungsverluste. Bei einigen Materialien, etwa nicht-rostendem Stahl, Titan, Ineonel-, Rene*-, Monel-Metall usw., sind die Dämpfungsverluste sehr hoch. Um derartige Materialien mit einer Dicke von über etwa 5 oder 7,5 cm zu untersuchen, müssen daher verhältnismäßig niedrige Frequenzen z.B. im Bereich von etwa 1 bis 3 MHz verwendet werden. Derartige niedrige Frequenzen gestatten die Untersuchung solcher Werkstücke auf sehr erhebliche Ti-efen.

509820/0715

Allerdings nimmt gleichzeitig das Auflösungsvermögen für kleine Fehler und insbesondere für Fehler nahe oder an der Vorderfläche des Werkstücks stark ab.

Wie ersichtlich, erfolgt also zwischen dem Auflösungsvermögen für kleine Fehler an oder nahe der Oberfläche und dem für Fehler in größeren Tiefen innerhalb des Werkstücks ein Kompromiß.

Von jeher ist es erforderlich gewesen, kritische Werkstücke, wie etwa Turbinenräder und dergleichen, nacheinander mit· verschiedenen Frequenzen zu untersuchen. Dabei wurde eine niedrige Frequenz angewendet, um das Werkstück bis zu seiner Rückseite vollständig zu durchdringen, während die Oberfläche und der unmittelbar darunter liegende Bereich mit hoher Frequenz untersucht wurde. Dadurch wurde es zwar möglich, das Werkstück adequat zu untersuchen; die wiederholten Untersuchungen bedeuten aber eine erhebliche Kostensteigerung des Prüfverfahrens, da die doppelte Untersuchung die insgesamt erforderliche Zeit mindestens verdoppelt. Außerdem ist es erforderlich, die Untersuchungseinrichtungen für jede dieser wiederholten Untersuchungen erneut zu justieren und zu eichen.

In neuerer Zeit ist vorgeschlagen worden, ein Werkstück innerhalb einer einzelnen Untersuchung gleichzeitig mit mehreren Frequenzen zu prüfen; vergleiche beispielsweise die US-Patentschrift 3 309 914. Bei dem dort beschriebenen System werden Ultraschallenergieimpulse in das Werkstück gesendet. Jeder der Impulse umfaßt mehrere Komponenten unterschiedlicher Frequenz. Die Hochfrequenzkomponenten werden von etwaigen Fehlern an oder nahe der Einkopplungsflache reflektiert, während die Niederfrequenzkomponenten das Werkstück durchsetzen und an seiner Rückseite reflek-

tiert werden.

Die von der Untersuchungseinheit aufgrund der rückkehrenden oder empfangenen Energie erzeugten Signale enthalten eine ähnliche Anzahl unterschiedlicher Frequenzkomponenten. Diese Signale werden dann gefiltert und dabei in die einzelnen verschiedenen Komponenten zerlegt.

509820/0715

Ein derartiges System stellte eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik insofern dar, als es mit nur einer einzelnen Untersuchung des Werkstücks arbeitet, und obwohl es sehr leistungsfähig ist, weist es vom praktischen Standpunkt gewisse Beschränkungen auf. So ist es unter anderem schwierig, die verschiedenen Komponenten der mehrfrequenten Energie zu fokussieren. ·

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Schwierigkeiten, wie sie bei Ultraschall-Prüfsystemen nach dem Stand der Technik auftreten, zu beseitigen oder wenigstens zu verringern. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, die obengenannten Schwierigkeiten bei der gleichzeitigen Untersuchung eines Werkstücks mit Ultraschallenergie mehrfacher Frequenz zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird es möglich, in nur einer einzigen Abtastung des Werkstücks zu bewährleisten, daß selbst kleine Fehler an oder nahe der Einkopplungsfläche ebenso wie Fehler in größeren Tiefen -innerhalb des Werkstücks genau aufgelöst werden.

Bei dem in folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies durch eine Untersuchungseinheit erreicht, die das Werkstück tastet, wobei die Untersuchungseinheit eine erste Folge von niederfrequenten Ultraschallenergieimpulsen sowie eine zweite Folge von hochfrequenten Ultraschallenergieimpulsen aussendet. Der Empfänger umfaßt zwei getrennte Kanäle, die jeweils einzeln auf die verschiedenen Impulse der beiden unterschiedlichen Frequenzen ansprechen. Da die Impulse in den-beiden Folgen mit verhältnismäßig hohen Folgefrequenzen, beispielsweise eintausend Impulse/sec, ausgesendet werden, wird das Werkstück auch bei Anwendung hoher Abtastgeschwindigkeiten vollständig mit den Impulsen jeder Frequenz geprüft.

Die Ausgangssignale der beiden Kanäle werden einem Kathodenstrahloszilloskop über eine geeignete elektronische Umschaltung zugeführt, wobei die Signale von den beiden Kanälen abwechselnd auf das Oszilloskop durchgeschaltet werden. Dies kam dazu dienen, entweder eine Anzeige zu erzeugen, die als einzelnes Signal erscheint, oder mehrere nebeneinanderliegende Anzeigen zur Darstellung ver-

509820/0715

schiedener Bereiche oder Zonen innerhalb des Werkstücks. Die sich ergebende Anzeige ist sehr einfach und leicht zu verstehen und ZTi interpretieren.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen, zerstörungsfrei arbeitenden Ultraschallprüfsystems, das sich insbesondere zur Untersuchung eines Werkstücks eignet, wie es im Querschnitt gezeigt ist;

Fig. 2a und 2b zwei Kurven für das Ansprechverhalten des Systems nach Fig. 1, bezogen auf das Werkstück;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den in dem System

nach Fig. 1 verwendeten Prüfkopf, geschnitten etwa in der Ebene der Linie .3-3 nach Fig. 4;

Fig. 4 eine Stirnansicht des in dem System nach Fig. 1 verwendeten Prüfkopfes;

Fig. 5 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform eines Prüfkopfes zur Verwendung in dem System nach Fig. 1;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Prüfkopf nach Fig. 5, geschnitten etwa in der Ebene der Linie 6-6 nach Fig. 5;

Fig. 7 ein Blockschaltbild für das Ultraschall-Prüfsystem nach Fig. 1; und

Fig, 8 eine Darstellung für eine typische, von dem System nach Fig.1 erzeugte Anzeige.

Gemäß den Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 umfaßt ein Ultraschall-Prüfsystem 10 zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung einen Prüfkopf 12, der sich zur Abtastung eines Werkstücks von seiner einen Fläche 16 her eignet. Diese Fläche 16 wird häufig als Vorder- oder Einkopplungsfläche bezeichnet. Während der Prüfkopf 12 über die Fläche 16 des Werkstücks 14 tastet, sendet er Ultraschallenergieimpulse durch die Fläche 16 in das Werkstück 14 und nimmt die Echosignale dieser aus dem Inneren

509820/0715

des Werkstücks 14 reflektierten Impulse auf.

Bei dem Werkstück 14 kann es sich um jeden beliebigen Typ handeln. Allerdings eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere zur Messung verhältnismäßig dicker Gegenstände, die aus einem Material oder einer Struktur mit hoher Dämpfung für Ultraschallenergie bestehen. Die Vorder- oder Einkopplungsflache 16 des Werkstücks 14 ist normalerweise für die Untersuchung leicht zugänglich, während die rückwärtige oder hintere Fläche 18 möglicherweise nicht freiliegt oder unzugänglich ist. Zwischen den beiden Flächen 16, 18 liegt das normalerweise massive, einstückige Material, das untersucht werden soll.

Das System 10 eignet sich insbesondere zum Prüfen von Gegenständen, etwa Turbinenläufern, die aus nicht-rostendem Stahl, Titan, Inconel-» Rene*-, Monel-Metall oder ähnlichen Materialien bestehen. Derartige Materialien weisen eine hohe Dämpfung für Ultraschallenergie auf. Das Maß der Dämpfung hängt von der Frequenz ab und nimmt mit steigender Frequenz oberhalb eines Bereiches von etwa 5 bis 10 MHz sehr rasch zu.

Der Einfachheit halber und zur leichteren Erläuterung der Erfindung sei das Werkstück 14 als in zwei oder mehrere gedachte Bereiche oder Zonen 22 und 24 unterteilt angenommen. Die erste Zone 22 wird im' folgenden als Oberflächen- oder oberflächennahe Zone, die zweite Zone 24 als Zwischen- und/oder hintere Zone bezeichnet. Da diese beiden Zonen 22 und 24 und die dazwischen liegende Grenze 23 nur gedacht sind, dürften ihre Abmessungen nicht besonders kritisch sein. Daher mag die genaue Lage und Abmessung der Grenze 23 innerhalb eines beträchtlichen Bereiches variieren. Die Art der beiden Zonen 22 und 24 und der gedachten Grenze 23 soll im folgenden insbesondere in Zusammenhang mit Fig. 2a und 2b im einzelnen erläutert werden.

Die erste Zone 22 umfaßt die Einkopplungsfläche-16 und mindestens den unmittelbar hinter der Fläche 16 liegenden Teil des Werkstücks. In Situationen, in denen das Werkstück 14 stark beansprucht wird, wie es beispielsweise bei einem Turbinenläufer der Fall ist, können sehr kleine Fehler wie feine Risse in dieser

509820/0715

Zone 22 sehr rasch wachsen und zu kaxastrophalen Versagen führen. Daher kommt es darauf an, sämtliche Risse jeglicher Art in dieser Zone 22 genau zu erfassen und aufzulösen.

"Dazu kommt, daß Risse und ähnliche Fehler, die in dieser Zone 22 vorhanden sind, sehr häufig fein oder klein sind und an der Oberfläche 16 oder unmittelbar darunter liegen. Bei einem Turbinenläufer ist beispielsweise generell die Fähigkeit nötig, Risse zu erkennen, die innerhalb eines Bereichs von etwa 1,3 mm hinter dieser Fläche liegen.

Um derartige Fehler genau aufzulösen und sie von der Einkopplungsflache 16 zu unterscheiden, hat es sich als notwendig erwiesen, mit Ultraschallfrequenzen im Bereich von mindestens 10 Mz oder noch höher* zu arbeiten.

Besteht das Werkstück 14 aus einem Material mit hoher Dämpfung, etwa nicht-rostendem Stahl, Inconel oder dergleichen, so wird Ultraschallenergie im Frequenzbereich von 10 MHz oder darüber beim Eindringen in das Material sehr stark gedämpft. Befindet sich beispielsweise ein Fehler etwa der kleinsten, noch zulässigen Größe in einer Tiefe von etwa 25 oder 50 mm unter der Fläche 16, so ist es sehr schwierig, wo nicht unmöglich, einen solchen Fehler mit Hilfe von Ultraschallenergie von 10 MHz genau und zuverlässig festzustellen. In einer Tiefe dieser Größe sind die Dämpfungsverluste nämlich so groß, daß dann, wenn der Energiebetrag in dem Sendeimpuls normale Größe hat, die gegebenenfalls zurückkehrenden Echos zu klein sind, um zuverlässig empfangen zu werden, d.h. der Rauschabstand ist zu gering. Versucht man, die Eindringtiefe durch Erhöhung der Energie in dem Sendeimpuls zu vergrößern, so werden das Auflösungsvermögen und andere Eigenschaften wegen des Klingeleffekts des Kristalls und einer Überdeckung (d.h. Überlastung) des Empfängers verringert.

Dagegen hat sich herausgestellt, daß Ultraschallenergie niedrigerer Frequenz (beispielsweise im Bereich von 1 bis 2,25 MHz) in der Lage ist, erhebliche Materialmengen mit annehmbarer

509820/0715

Dämpfung zu durchdringen. Es ist sogar möglich, daß die Energie von der abgewandten Fläche eines derartigen Werkstücks als erhebliches Echosignal reflektiert wird. Die vorliegende Erfindung vermittelt ein Dualfrequenzsystem, das in der Lage ist, Ultraschallenergie auf zwei unterschiedlichen Frequenzen auszusenden, so daß Echosignale von allen Teilen des Werkstücks zuverlässig empfangen werden. Liegt die Ultraschallenergie in einem solchen niederfrequenten -Bereich, so ist es sehr schwierig, die Unterschiede zwischen der Einkopplungsfläche und einem dieser Fläche benachbarten kleinen Riß genau aufzulösen. Infolgedessen ist es sehr schwierig, v/o nicht unmöglich, sämtliche Arten von Fehlern in einem dicken, stark dämpfenden Element mit einem einzelnen Ultrascha11energieimpuls auzulösen.

Das System 10 ist am besten aus Fig. 7 ersichtlich. Es umfaßt zwei getrennte Kanäle 26 und 28 für zwei getrennte Frequenzen. Ein Takt- oder Impulsgenerator 30 dient zur Erzeugung einer kontinuierlichen Folge von Taktimpulsen, die das gesamte System 10 steuern und die Arbeitsweise seiner verschiedenen Teile miteinander synchronisieren. Die genaue Frequenz der Taktimpulse dürfte nicht kritisch sein, sie mag jedoch in der Größenordnung von etwa 2 KHz liegen.

Der Taktgenerator 30 ist an einen Teiler 32 angeschlossen, der die Taktimpulse in ein Paar von Synchronisierimpulszügen srlegt. Jeder Impulszug hat eine Frequenz, die die Hälfte der Taktfrequenz darstellt. Außerdem sind die Impulse in den beiden Impulsr zügen um 180° gegenein;
weils abwechselnd auf.

zügen um 180 gegeneinander phasenversetzt, d.h. sie treten je-

Bei dem Teiler 32 kann es sich beispielsweise um einen Rechteckwellengenerator oder um ein Flipflop handeln, das seinen Zustand umkehrt, sooft an seinem Eingang ein Taktimpuls auftritt. Der Teiler 32 ist mit einem Ausgang 34 an den ersten Kanal 26 zur Steuerung seiner Arbeitsweise und mit seinem anderen Ausgang 36 an den anderen Kanal 28 zur Steuerung von dessen Arbeitsweise angeschlossen. Dadurch wird bewirkt, daß die beiden Kanäle 26 und 28 miteinander synchronisiert werden.

509820/0715

Die beiden Kanäle 26 und 28 dienen zum Aussenden und zum Empfang von Ultraschallenergie zweier oder mehrerer unterschiedlicher Formen, die in zwei oder mehr verschiedene Zonen in dem Werkstück eindringen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß für den nahen oder kurzen Bereich eine Hochfrequenz und für den fernen oder längeren Bereich eine niedrigere Frequenz'verwendet wird. Dabei arbeitet jedoch ein Kanal so, daß er Energie mit geringern Intensität für den nahen oder kurzen Bereich verwendet, während der zweite Kanal mit Energie hoher Intensität für die fernen oder längeren Bereiche arbeitet. Auf dieser Art werden die beiden Kanäle in sehr wirksamer Weise zur Untersuchung der jeweils zugehörigen Zonen eingerichtet, ohne die Untersuchung der übrigen Zonen einzuschränken oder zu verschlechtern.

Der erste Kanal 26 umfaßt einen Impulsgeber 38 und einen Empfänger 40. Der Impulsgeber 38 weist einen Steuereingang 42 und einen Signalausgang 44 auf. Der Steuereingang 42 ist an den einen Ausgang 34 des Teilers 32 angeschlossen und bewirkt, daß der Impulsgeber 38 an seinem Ausgang 44 einen Hochspannungsoder Treiberimpuls erzeugt. Dieser Impuls besteht normalerweise aus einem "Wellenpaket", d.h. er umfaßt mehrere Perioden einer vorgegebenen Frequenz. Beispielsweise kann der Impuls etwa drei bis sechs oder mehr Perioden umfassen. Die Frequenz dieser Perioden wird im folgenden im einzelnen erläutert; beispielsweise mag es sich um eine niedrige Frequenz in der Größenordnung von etwa 2,25 MHz oder weniger handeln.

Der Ausgang 44 ist an den Prüfkopf 12 angeschlossen, der einen einzelnen Wandlerkristall aufweisen kann, im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch zwei getrennte und verschiedene Wandlerkristalle umfaßt. Die beiden Kristalle arbeiten frei und vollständig unabhängig voneinander. Der Niederfrequenzteil des Prüfkopfes 12 ist mit dem Impulsgeber 38 über ein Koaxialkabel 46 verbunden. Sooft ein Impuls von dem Teiler 32 den Impulsgeber 38 triggert, wird ein Hochspannungs-Treibersignal auf den Prüfkopf 12 gekoppelt. Dies bewirkt, daß der Niederfrequenzteil des Prüfkopfes 12 erregt wird und einen niederfrequenten Ultraschallenergieimpuls aussendet.

509820/0715

Der von dem Prüfkopf 12 ausgesandte Ultraschallenergieimpuls ist dem aussteuernden Signal sehr ähnlich. Er umfaßt insbesondere mehrere Perioden der gleichen Frequenz wie der Treiberimpuls. Der Ultraschallenergieimpuls wird von dem Prüfkopf 12 als Strahl ausgesandt, dessen Querschnitt von den Abmessungen und der Form des Wandlers, von etwa vorhandenen Linsen und weiteren Bedingungen abhängt.

Trifft diese niederfrequente Ultraschallenergie auf eine akustische Unstetigkeit, so wird mindestens ein Teil davon auf den Prüfkopf 12 reflektiert. Gewöhnlich befindet sich der Prüfkopf von dem Werkstück 14 in einem vorbestimmten Abstand, der mit einem akustischen Kopplungsmittel, etwa Wasser, gefüllt ist. Infolgedessen werden Echos von der vorderen oder Einkopplungsflache 16, von der rückwärtigen Fläche 18 sowie von etwa dazwischen vorhandenen Unstetigkeiten reflektiert.

Die auf den Prüfkopf 12 reflektierten Echos bewirken, daß der Prüfkopf ein entsprechendes Signal erzeugt. Diese Signale werden über das Koaxialkabel 46 auf den Empfänger 40 gekoppelt. Der Empfänger 40 umfaßt einen Eingang 48 und einen Videoausgang und dient dazu-, die Signale vom Prüf kopf 12 zu empfangen und sogenannte Videosignale zu erzeugen.

Das empfangene Videosignal umfaßt eine Folge von Impulsen. Der erste Impuls mag dem "Hauptknall" entsprechen; d.h. er stellt dasjenige Signal dar, das der Aussendung des Ultraschallimpulses entspricht. Normalerweise entspricht der zweite Impuls dem Echo von der Einkopplungsflache. Nach einem der Hin- und Rücklaufzeit, durch das Werkstück entsprechenden Zeitintervall tritt ein · weiterer Impuls auf, der dem Echo von der hinteren Fläche entspricht. Liegen innerhalb des Werkstücks 14 irgendwelche Unstetigkeiten vor, so treten zusätzlich ein oder mehrere entsprechende Impulse zwischen den Echos von der vorderen und von der rückwärtigen Fläche auf. Die Zeitverzögerungen zwischen den aufeinanderfolgenden Echos und somit auch die Zeitverzögerungen zwischen den Impulsen entsprechen den Abständen zu den die Echos erzeugenden Unstetigkeiten. Der zweite Ausgang .36 des Teilers ist an den Steuereingang 52 eines zweiten Impulsgebers 56 in

509820/0715

dem zweiten Kanal 28 angeschlossen. Dieser Impulsgeber 56 ist im wesentlichen gleich dem obenerwähnten Impulsgeber 38 in dem ersten Kanal und weist außer dem Steuereingang 52 einen Ausgang 60 auf.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Impulsgeber 56 auf eine von der Frequenz des ersten Impulsgebers 38 verschiedene Frequenz abgestimmt. Sooft dem Eingang 52 ein Impuls zugeführt wird, entsteht am Ausgang 60 ein Treibersignal, das mehrere Perioden umfaßt. Wie im folgenden im einzelnen erläutert, ist die Frequenz dieser Perioden im wesentlichen von. der der Perioden des ersten Treibersignals verschieden.

Der Ausgang 60 des Impulsgebers 56 ist an den Hochfrequenzteil des Prüfkopfes 12 über ein Koaxialkabel 62 angeschlossen. Der Prüfkopf 12 sendet daher einen dem zweiten Treibersignal entsprechenden zweiten Ultraschallenergieimpuls in das Werkstück Sämtliche auf dem Prüfkopf 12 reflektierten Echos'bewirkten, daß Signale erzeugt werden, die an einen Empfänger 62' geleitet werden. Dies bewirkt weiterhin, daß an dem Videoausgang 64 des Empfängers 62' ein entsprechendes Videosignal erzeugt wird, das wiederum eine den verschiedenen reflektierenden Unstetigkeiten entsprechende Reihe von Impulsen umfaßt.

Wie ersichtlich, erzeugt der Taktgenerator 30 eine Folge von Taktimpulsen mit vorgewählter Folgefrequenz. Der Teiler 32, der mit den Taktimpulsen beaufschlagt ist, dividiert die Taktfrequenz durch zwei und erzeugt zwei Folgen von Synchronisierimpulsen. Diese beiden Impulsfolgen haben eine Frequenz, die halb so groß ist wie die Folgefrequenz der Taktimpulse.

Die erste Synchronisierimpulsfolge triggert den ersten Impulsgeber 38, demgemäß der Tastkopf 12 die Impulse der ersten Ultraschallfrequenz in das Werkstück 14 sendet und die Echos daraus empfängt. Der Empfänger 40 nimmt seinerseits die Echosignale wahr und erzeugt an seinem Videoausgang 50 ein Videosignal.

Die zweite Synchronisierimpulsfolge triggert den zweiten Impulsgeber 56, demgemäß der Prüfkopf 12 die Impulse der zweiten

509820/0715

Ultraschallfrequenz in das Werkstück 14 sendet und die Echos daraus empfängt. Entsprechend tritt an dem Videoausgang 64 des Empfängers 62' ein zweites Videosignal auf.

Jedes der beiden Videosignale umfaßt also eine Impulsfolge, die den von den jeweiligen Empfängern 40 und 62' empfangenen Echos entspricht. Die ZeitverSchiebung der Videoimpulse entspricht dem Abstand oder Bereich der reflektierenden Grenzflächen. Die Amplituden der Echoimpulse sind eine. Funktion der Größe der Grenzfläche sowie der Dämpfung in dem Material.

Da das erste Videosignal von der Ultraschallenergie niedriger Frequenz stammt, ist die Dämpfung dieser Energie geringer, und die Amplitude der Videoimpulse bleibt für die größeren Bereiche höher. Da andererseits das zweite Videosignal von der,Energie mit der höheren Frequenz stammt, ist die Dämpfung größer, und die Impulse in dem zweiten Videosignal werden insbesondere für die größeren Bereiche stark gedämpft. In Wirklichkeit sind die Videosignale für Bereiche über die oberflächennahe Zone hinaus normalerweise so klein, daß sie vernachlässigbar sind, d.h. der Rauschabstand wird sehr klein.

Die beiden Videoausgänge 50 und 64 der beiden Empfänger 40 und 62' können mit geeigneten Auswerteinrichtungen verbunden sein. Im vorliegenden Beispiel gehört dazu eine Kathodenstrahlröhre oder ein Oszilloskop 66, das herkömmlicher Bauart sein kann. Das Oszilloskop 66 weist eine horizontale Ablenkeinrichtung zur Tastung des Elektronenstrahls in Horizontalrichtung über den Bildschirm sowie eine vertikale Ablenkeinrichtung auf, die den Elektronenstrahl in Vertikalrichtung des Bildschirms ablenkt. Außerdem kann ein Gitter vorgesehen sein, um die Intensität des Elektronenstrahls zu modulieren, dabei insbesondere zum Aus- und Eintasten des Strahls mittels eines Gatters 152 vorgespannt werden.

Die horizontale Ablenkeinrichtung ist an einen Ablenkgenerator 68 oder eine ähnliche Einrichtung angeschlossen. Der Ablenkgenerator erzeugt ein Ablenksignal, das die Form eines Sägezahns oder eines ansteigenden Signals hat. Die Steigung dieses Signals ist

509820/0715

vorzugsweise linear, so daß die horizontale Ablenkung eine direkte lineare Funktion der Zeit und die horizontale Verschiebung längs des Bildschirms des Oszilloskops eine lineare Funktion des Weges ist.

Der Ablenkgenerator 68 kann mit seinem Steuereingang 70 an den Ausgang des Taktgenerators 30 angeschlossen sein. Dadurch wird sichergestellt; daß das Oszilloskop eine horizontale Ablenkung ausführt, sooft von dem Prüfkopf 12 ein Ultraschallimpuls ausgesandt wird, unabhängig davon, ob der Impuls niederfrequent ist und aus dem ersten Kanal stammt oder hochfrequent ist und aus dem zweiten Kanal stammt.

Außerdem ist die Ablenkung mit dem Aussenden der Impulse synchronisiert. Beginnt die Ablenkung gleichzeitig oder kurz vor der Aussendung des Ultraschallimpulses (d.h. dem "Hauptknall"), so entspricht die erste Zacke der sichtbaren Anzeige diesem "Hauptknall" und die zweite Zacke der Vorderfläche.

Unter gewissen Umständen, zum Beispiel wenn sich die Wasserweglänge ändert, mag es zweckmäßig sein, mit einer sogenannten Interface-Gatterschalttechnik zu arbeiten,, um die Arbeitsweise des Ablenkgenerators 68 zu synchronisieren. Bei der Interface-Schalttechnik wird der Steuereingang 70 des Ablenkgenerators mit dem Ausgang des Empfängers über ein Gatter verbunden. Das Gatter ist normalerweise in seinen Sperrzustand vorgespannt und wird während eines kurzen Intervalls, in dem das Echo von der Vorderfläche erwartet wird, in seinen Durchlaßzustand vorgespannt.

Diese Art von Interface-Schalttechnik hat zur Folge, daß die Auslenkung synchron mit dem Vorderecho eingeleitet wird. Infolgedessen erscheint der "Hauptknall" nicht auf dem Bildschirm, und die Zacke von der Vorderfläche befindet sich in einer festen Lage auf dem Bildschirm. Daher sind sämtliche Teile der Anzeige auf diese Zacke oder insbesondere auf die Vorderfläche 16 des Werkstücks 14 bezogen.

509820/0715

Die beiden Empfänger 40 und 62' sind mit der vertikalen Ablenkeinrichtung des Kathodenstrahloszilloskops 66 über ein Paar von getasteten Verstärkern 72 und 74 verbunden. Jeder dieser Verstärker 72, 74 umfaßt einen Signaleingang 76 bzw. 78, einen Steuereingang 80 bzw. 82 und einen Signalausgang 84 bzw. 86. Der Signaleingang 76 für den ersten Verstärker 72 ist direkt an den Videoausgang 50 des ersten Empfängers 40 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist .der Signaleingang 78 des zweiten Verstärkers 74 direkt an den Videoausgang 64 des zweiten Empfängers 62' angeschlossen. Die beiden Signalausgänge -84 und 86 der Verstärker 72 bzw. 74 sind miteinander verbunden und direkt an die vertikale Ablenkeinrichtung des Oszilloskops 66 angeschlossen.

Die· Steuereingähge 80 und 82 der beiden Verstärker 72 bzw. 74 sind an die Ausgänge 88 bzw. 90 eines Paares von Gattern 92, 94 angeschlossen. Diese Gatter 92 und 94 dienen dazu, die getasteten Verstärker 72 und 74 synchron mit gewissen vorgewählten Ab-.schnitten der zurückgeführten Videosignale der beiden Empfänger 40 und 62' ein- und auszuschalten. Indem nun der Elektronenstrahl über den Bildschirm des Oszilloskops 66 tastet, wird eine Signalspur 96 ähnlich der Darstellung in Fig. 8 erzeugt. Diese Spur 96 setzt sich aus den beiden Videosignalen von dem Emp-!· fängern 40 und 62' zusammen und umfaßt eine Vielzahl vertikaler Auslenkungen oder "Zacken", die in Horizontalrichtung versetzt sind.

Bei dem Prüfkopf 12 kann es sich um jeden beliebigen Typ handeln. Wie oben angedeutet, mag der Prüfkopf 12 einen einzelnen Wandlerkristall aufweisen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt er jedoch zwei getrennte Wandlerkristalle, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. vom (Erfinder:

Jerry McEIroy; übertragen auf die Anmelderin) offenbart sind.

Wie am besten aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, umfaßt der Prüfkopf 12 einen mittleren Wandlerkristall 111 und einen ringförmigen Wandlerkristall 113. Die beiden Kristalle 111 und 113 dienen dazu, einen Ultraschallenergieimpuls auszusenden, wenn den Elektroden an ihren beiden Seiten ein elektrisches Signal zugeführt wird. Umgekehrt dienen sie dazu, ein elektrisches Signal

§09850/071 I

zu erzeugen, wenn UltrajcLalleneigie auf sie trifft.

Der mittlere Wandlerkristall 111 ist an den Impulsgeber 56 angeschlossen, so daß er die Hochfrequenzenergie aussendet und empfängt. Vor dem Kristall .111 mag eine Linse 115 angeordnet sein, um- den Ultraschallenergiestrahl zu fokussieren.

Der ringförmige Wandlerkristall 113 ist konzentrisch um den· mittleren Kristall 111 herum angeordnet. Er kann ebenfalls eine geeignete Linse 119 zum Fokussieren seines Strahls aufweisen. Der ringförmige Kristall 113 ist an den Impulsgeber 38 angeschlossen, so daß er die niederfrequente Ultraschallenergie aussendet und empfängt.

Wie ersichtlich, weisen die beiden Kristalle Strahlenmuster auf, die konzentrisch zueinander sind und im wesentlichen das gleiche' Materialvolumen erfassen. Die beiden Kristalle 111 und 113 arbeiten getrennt und unabhängig voneinander. Jeder Kristall kann daher, so ausgelegt werden, daß er auf seiner erweiterten Frequenz möglichst effektiv arbeitet.

Die Ansprechcharakteristik des mittleren Kristalls ist am besten aus der Kurve nach Fig. 2b ersichtlich. Gemäß dieser Kurve nimmt das Ansprechvermögen in dem Abstand 117 rasch ab. Diese Abnahme liegt in dem für den Kristall fernen Bereich, wo die Dämpfung in dem Werkstück 14 größer wird.

Fig. 2a gibt das Ansprechverhalten für den ringförmigen Kristall 117 wieder. In dem Abstand 117 liegt das Ansprechvermögen gerade außerhalb des für den Kristall nahen Bereichs und nimmt von da aus noch zu. Da die Dämpfung bei dieser niedrigen Frequenz beträchtlich kleiner ist, bleibt das Ansprechvermögen des Kristalls über den gesamten Weg bis■zur hinteren Fläche des Werkstücks 14 hoch. Es ist zu beachten, daß gemäß Fig. 7' ein weiter unten näher erläuterter Modul 150 dazu verwendet werden kann, die Ansprechkennlinie des Systems jenseits des Abstandes 117 im wesentlichen flach zu machen.

509820/0715

Die Grenze 23, die die Oberfläche oder οDerflächennahe Zone 22 von der hinteren Zone 24 trennt, ist willkürlich in einem beliebigen Abstand gewählt. Normalerweise liegt diese Grenze etwa in dem Abstand 117, wobei der niederfrequente Wandlerkriställ 113 nur in Bereichen jenseits des wirksamen Bereichs des Kristalls 111 arbeitet.

Als Alternative kann der Prüfkopf 12' nach Fig. 5 und 6 verwendet werden. Dieser-Prüfkopf 12' umfaßt zwei getrennte Kristalle 111' und 113', bei denen es sich um die hoch- und niederfrequenten Kristalle ähnlich den Kristallen 111 und 113 handelt. Die Kristalle 111' und.113' sind jedoch nicht konzentrisch zueinander sondern nebeneinander angeordnet. Auch diese Kristalle arbeiten unabhängig voneinander. -Wiederum können sie durch Linsen 115' und/oder 117' fokussiert sein.

Der Prüfkopf 12' arbeitet im wesentlichen ebenso wie der Prüfkopf 12 und hat im wesentlichen die gleichen Ansprechkennlinien.

Der Prüfkopf ist zwar gemäß der obigen Beschreibung mit zwei getrennten /Wandlerkristallen versehen; es ist jedoch zu beachten, daß es auch möglich ist, ihn mit nur einem Kristall auszustatten. In einem solchen Fall kann der einzelne Kristall insbesondere dann, wenn er eine etwas geringere Güte hat, so ausgelegt sein, daß er Ultraschallenergie zweier unterschiedlicher Frequenzen aussendet und empfängt. Dabei kann eine geeignete Zeiteinteil-Einrichtung zum Schalten der beiden Empfangskanäle vorgesehen sein.

Die beiden Gatter 92 und 94 sind an ein ZeitSteuernetzwerk oder eine elektronische Schalteinrichtung 116 angeschlossen, die einen getasteten Verstärker 118, ein erstes monostabiles Verzögerungsglied 120, ein Flipflop 122 und ein zweites monostabiles Verzögerungsglied 124 umfaßt.

Das erste Verzögerungsglied 120 ist an den Taktgenerator 30 angeschlossen und spricht auf die Taktimpulse an. Sooft ein Taktimpuls auftritt, erzeugt das Verzögerungsglied 120 an seinem. Ausgang 126 einen einzelnen Rechteckimpuls. Die Dauer dieses Recht-

509820/071 5

«ekimpulses Ist normalerweise lang genug, lam den "Hauptknall» zu. überdauern, und ©ndet knapp vor dem der Vorder fläche 16 äes Werkstücks 14 entsprechenden ersten Echosignal.

Der Ausgang 126 des Verzögerungsgliedes 120 Ist an einen Steuereingang 128 des getasteten Verstärkers 118 angeschlossen. Die Anwesenheit der Reehteckwelle am Eingang 128 bewirkt, daß der Verstärker 118 ausgetastet wird, so daß an seinem Ausgang 130 kein Signal erscheint. Bei Abwesenheit des Rechteckimpulses am Eingang 128 Ist der Verstärker 118 in seinen geöffneten Zustand vorgespannt, so daß sämtliche an seinem Eingang 132 auftretenden Signale den Verstärker 118 durchlaufen und am Ausgang 130 erscheinen.

Der Eingang 132 ist über Dioden I36 und 134 an die Videoausgänge 50 bzw. 64 der Empfanger 40 bzw. 62' angeschlossen. Wie ersichtlich, wird der Verstärker 118 jedesmal, wenn einer der Impulsgeber 38 oder 56 einen Triggerimpuls erzeugt, durch den "verzögerten Impuls an seinem Eingang 128 ausgetastet bzw. in seinen Sperr zustand vorgespannt» Nimmt jedoch einer der Empfänger 40 oder 62* das der Vorderfläche des Werkstücks 14 entsprechende erste Echosignal auf, so ist der Verzögerungsimpuls am Eingang 128 abgeklungen, und der Verstärker 118 ist geöffnet. Infolgedessen tritt am Ausgang 130 ein entsprechender Oberflächenimpuls auf.

Der Ausgang 130 ist mit dem Steuereingang 70 des Ablenkgenerators 68 -verbunden, Dadurch wird die horizontale Ablenkung des Oszilloskops 66 mit dem Echo von der Vorderfläche 16 des Werkstücks 14 synchronisiert. Infolgedessen steht der horizontale Abstand in dieser Ablenkrichtung in einer vorbestimmten konstanten Beziehung zur Tiefe In dem Werkstück 14.

Der Ausgang 130 ist ferner an den Löscheingang 138 des Flipflops 122 angeschlossen,, dessen Setzeingang 140 mit dem Ausgang des Taktgenerators 30 verbunden ist, so daß das Flipflop 122 mit jedem Taktimpuls gesetzt wird. Tritt dagegen am Eingang 138 das Oberflächensignal von dem getasteten Verstärker 118 auf, so wird das Flipflop 122 gelöscht. In diesem Moment erscheint an dem

S09820/0716

Ausgang 142 ein Impuls.

Wie ersichtlich, tritt der Impuls am Ausgang 142 im wesentlichen gleichzeitig mit dem vorderen Echosignal auf. Dies gilt unabhängig davon, ob das Signal von einem durch den Impulsgeber 38 getriggerten Niederfrequenzimpuls oder von einem durch den Impulsgeber 56 getriggerten Hochfrequenzimpuls stammt.

Sooft das Flip'flop 122 gelöscht wird, erzeugt es an seinem Ausgang 142 einen Impuls, der das monostabile Verzögerungsglied 124 triggert. Das Verzögerungsglied erzeugt seinerseits an seinem Ausgang 144 einen Rechteckimpuls bestimmter Dauer. Wie ersichtlich, beginnt dieser Impuls als Folge des Echos von der Vorderfläche 16. Er dauert über ein Intervall an, das der Dicke der Oberflächen- bzw. oberflächennahen Zone 22 entspricht.

Der Ausgang 144 des Verzögerungsglied 124 ist mit den .Steuereingängen 146 und 148 der Gatter 92 bzw. 94 verbunden. Der andere Eingang des Gatters 92 ist an den Ausgang 34 des Teilers 32, der andere Eingang des Gatters 94 an den Ausgang 36 des Teilers 32 angeschlossen.

Erzeugt das Verzögerungsglied 124 an den Eingängen 146 und einen Impuls und tritt der den Hochfrequenz-Impulsgeber 56 triggernde Synchronisierimpuls, auf, so wird von dem Gatter 94 dem Eingang 82 des Verstärkers 74 ein Signal zugeführt, so daß der Verstärker 74 aufgetastet wird und das Signal von dem Empfänger 62^! über den Verstärkerausgang 86 an das Oszilloskop 66 gelangt. Der Verζögerungsimpuls am Eingang 146 des Gatters 92 sperrt während dieses Intervalls das Gatter 92, so daß vom Ausgang 50 des Empfängers 40 keine Signale den Verstärker 72 durchlaufen können. Hört der Verzögerungsimpuls am Eingang 148 auf, so spannt das Gatter 94 den Verstärker 74 in seinen Sperrzustand, und es v/erden keine Signale mehr auf das Oszilloskop gekoppelt.

Liegt umgekehrt der Verzögerungsimpuls an den Eingängen 146 und 148 und tritt der den Niederfrequenz-Impulsgeber 38 triggernde Synchronisierimpuls auf;, so führt das Gatter 92 ein Signal dem

SO 9820/0? 15

Eingang 80 des Verstärkers 72 zu, so daß dieser gesperrt wird, bis der Verzögerungsimpuls verschwunden ist. Nach Beendigung iieses Verzögerungsimpulses wird der Verstärker 72 aufgetastet, .und das am Ausgang 50 des Niederfrequenz-Empfängers 40 liegende Signal wird an das Oszilloskop 66 weitergegeben. Während dieses gesamten Intervalls ist der getastete Verstärker 74 in seinem Sperrzustand vorgespannt.

Wie ersichtlich, wird also dann, wenn der Teiler 32 an seinein Ausgang 36 einen Synchronisierimpuls erzeugt und der. Hochfrequenzkanal 28 aktiv ist, das Signal am Ausgang 64 des Empfängers 62^! über den getasteten Verstärker 74 nur während der Anwesenheit des Verzögerungsimpulses aus dem Verzögerungsglied 124 v/eitergegeben. Andererseits ist in den dazwischenliegenden Intervallen, in denen am Ausgang 34 ein Signal besteht und der Kanal 26 aktiv ist, nur der Verstärker 72 während des Verzögerungsimpulses aufgetastet. Auf diese Art und Weise werden die hoch- und niederfrequenten Impulse dem Oszilloskop 66 zugeführt. ·

Beim Betrieb des vorliegenden Systems tastet der Prüfkopf 12 die Oberfläche 16. Dabei erzeugt der Taktgenerator 30 periodisch eine Folge von Taktimpulsen, die dem Teiler 32 zugeführt werden. Der Teiler 32 erzeugt zwei Folgen von Synchronisierimpulsen, die miteinander alternieren und die Impulsgeber 38 und 56 abwechselnd triggern.

Der Impulsgeber 38 triggert den niederfrequenten Wandlerteil des Prüfkopfes 12. Dadurch wird ein niederfrequenter Ultraschallenergieimpuls in das Werkstück 14 eingeschallt, wobei sämtliche •Echos auf den Prüfkopf 12 reflektiert werden und dadurch von dem Empfänger 40 ein entsprechendes Signal empfangen wird, das von dessen Signalausgang 50 dem getasteten Verstärker 72 zugeführt wird.

Bei den anderen Impulsen steuert der Impulsgeber 56 den hochfrequenten Wandlerteil des Prüfkopfes 12, wobei die hochfrequenten Energieimpulse in das Werkstück 14 eingeschallt werden und sämtliche Echos reflektierter Energie von dem gleichen Teil empfangen werden. Die sich ergebenden Signale werden von dem Empfänger 62 ^%

S09820/071S

empfangen, und das an. dessen Ausgang 64 erscheinende Signal wird dem getasteten Terstlrker 74 zugeführt.

Sooft einer dei- Impailsgeber 38 oder 56 getrlggert wird, der .Taktimpuls dem ersten mmostabilen Verzögerungsglied 12© geführt. Dies ruft ap Eingang 128 des getasteten Verstärtoers 11© einen RechtecIdLitpuiE bestimmter Dauer hervor·' Sooft die V&asäeav fläche 16 des WerksSÄks 14 ein VorderfläcnesaeGho reflektiert^ wird dem zweitek ESsagassg 132 des getasteten Verstärkers 118 ©in Signal zugeführt, s© daB der Verstärker 118 das Flipflop 122 synchron mit dem. Y&pä.ev£l'äehßnech.o löscht.

Sooft das Flipflop 122 gelöscht wird, triggert es das monoetai&le Verzögerungsglied 124, clas einen Rechteck-YerzSgeriangsin^al© zeugt. Dieser ¥erz§gerumgsimpuls weist eine !feuer auf, die «i Bereich oder Abstas^ zwischen der oberflächemaalaen Zone 22 der oberflächenferom Zone 24 entspricht. Der Verzögerungslsspalg wird den beiden Gattern 92 und 94 zugeführt. Ist der Kanal 26 aktiv und wird der Miederfrequenzimpuls ausgesandt, so sperrt das Gatter 92 den YerstHrkei¹ 72 und hält ihn für eine Zeitspanne konstant, die der Djbeke der oberflächennahen Zone 22 entspricht» Nach Ablauf dieser Zeitspanne ist der getastete Verstärker 72 geöffnet, so daß elm etwa empfangenes Niederfrequenzsignal von dem Empfänger 40 üte? den Verstärker 72 an das Kathodenstraialoszilloskop 66 gelejnbe-fe wird.

In den dazwisclienli©geneiten Zyklen, d.h. wenn der Kanal 28 aktiy ist und der Hochfregpenzimpuls ausgesandt wird, hält das Gatter 94 den getasteten Verstärker 74 während des Vorliegens des Verzögerungsimpulses geöffnet. Infolgedessen werden etwa -wätoreaad dieses Intervalls auftretende Hochfrequenzsignale über den Verstärker 74 dem KatJteäemstrahloszilloskop 66 zugeführt.

In abwechselnden Perioden werden also die Eoelifrequenzsignale' der oberflächennahien Zone wahrend des Anfangsteils der Ablenkung land die Niederfrequenzslgnale der oberflächenfernen Zone während des Endteils der Ablenfeng angezeigt. Die niederfrequenten und die hochfrequenten Signale werden somit zu einer einzelnen Anzeige auf dem Schirmbild süües Oszilloskops kombiniert. Eine dieser An-

509820/0715

zeige betrachtende Bedienungsperson ist nicht in der Lage festzustellen, daß die Anzeige zwei getrennte Teile umfaßt, die abwechselnd erzeugt werden. In der oberflächennahen Zone werden jedoch die Ergebnisse durch hohe Frequenzen erzeugt und weisen daher ein höheres Maß an Genauigkeit und Auflösungsvermögen auf. Dagegen wird das Bild für die oberflächenfernen Zone durch die niederfrequenten Impulse erzeugt, weshalb in den fernen Bereichen eine sehr geringe Dämpfung bzw. sehr geringe Verluste der Amplitude auftreten.·Soll die Dämpfung kompensiert werden, so kann der Modul 150 verwendet werden. Bei diesem Modul handelt es sich um einen Modul, der die Amplitude hinsichtlich der Entfernung korrigiert und der durch den Beginn des Verzögerungsimpulses aus dem Verzögerungsglied 124 getriggert wird. Der Modul 150 bewirkt, daß der Verstärkungsfaktor des Empfängers 40 zeitlich entsprechend dem Dämpfungsmaß zunimmt, so daß die Dämpfungsverluste kompensiert werden.

Das vorliegende System vermittelt also außerordentlich hohe Genauigkeit mit einem hohen Maß an Auflösung und ist gleichzeitig in der Lage, selbst dicke Gegenstände aus stark dämpfendem Material vollständig zu untersuchen.

Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert worden. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, sind jedoch zahlreiche Änderungen und Varianten möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Beispielsweise ist der Prüfkopf als mit zwei getrennten Wandlerkristallen versehen beschrieben worden. Es kann jedoch auch ein einzelner Wandlerkristall verwendet werden, der in der Lage ist, Ultraschallenergie zweier unterschiedlicher Frequenzen auszusenden. In diesem Fall werden geeignete elektronische Schalteinrichtungen vorgesehen, um den Prüfkopf alternierend zwischen den beiden Kanälen umzuschalten.

Ferner sind die alternierenden Ultraschallenergieimpulse als Impulse zweier Frequenzen beschrieben worden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das gleiche Konzept auch so angewendet werden kann, daß .die alternierenden Impulse mit gleicher Frequenz jedoch unter-

S09820/0715

schiedlicher Intensität erzeugt werden. Dabei kann beispielsweise auf einer höheren Frequenz gearbeitet werden. Eine Impulsfolge eignet sich dann zur Untersuchung der Oberflächen- oder oberflächennahen Zone 22, während die andere Impulsfolge aus- . reichende Größe hat, um zu gewährleisten, daß der Hochfrequenzimpuls das Werkstück bis zur hinteren Fläche 18 durchdringt. Zwar kann die Neigung bestehen, daß dieser Impuls höherer Intensität den Empfänger vorübergehend überlastet oder blockiert; diesQ?Impuls ist jedoch abgeklungen, wenn die Echos aus der oberflächenfernen Zone 24 zurückkehren.

S09820/071B

Claims

Patentansprüche

1J Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mit einem akustisch an das Werkstück ankoppelbaren, tastenden Prüfkopf, gekennzeichnet durch einen erstem mit dem Prüfkopf (12) verbundenen Impulsgeber (38), der bewirkt, daß der Prüfkopf eine erste Folge von Ultraschallenergieimpulsen aussendet, die in eine erste Zone des Werkstücks eindringen und aus dieser Zone als eine erste Echofolge reflektiert werden, einen mit dem Prüfkopf (12) verbundenen zweiten Impulsgeber (56), der bewirkt, daß der Prüfkopf eine zweite Folge von Ultraschallenergieimpulsen aussendet, die in eine zweite Zone in dem Werkstück eindringen und aus dieser zweiten Zone als eine zweite Echofolge reflektiert werden, wobei, der Prüf kopf (12) die beide*n Echofolgen empfängt und zwei Signalfolgen erzeugt, ferner eine mit dem Prüfkopf (12) verbundene und auf die beiden Signalfolgen ansprechende Empfangseinrichtung (40, 62') sowie eine mit der Empfangseinrichtung (40, 62') verbundene und auf deren Signale ansprechende Auswerteinrichtung (66, 92, 94, 122, 124).
2. Prüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der beiden Impulsfolgen eine erste Frequenz und die zweite Impulsfolge eine zweite Frequenz hat.
3. Prüfsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung zwei getrennte Empfänger (40, 62^f) umfaßt und die Auswerteinrichtung ein Kathodenstrahloszilloskop (66) sowie eine elektronische Schalteinrichtung (92, 94, 122, 124) zum abwechselnden Anschalten der beiden Empfänger (40, 62^f) an

509820/0715

das Oszilloskop zur Erzeugung einer zusammengesetzten Darstellung der Signale aufweist.
4. .Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstücksprüfung mit einem an das Werkstück ankoppelbaren, tastenden Prüfkopf, gekennzeichnet durch einen mit dem Prüfkopf (12) verbundenen ersten Kanal (26), der bewirkt, daß der Prüfkopf eine erste Folge von Ultraschallenergieimpulsen aussendet, die in eine erste Zone des Werkstücks eindringen, wobei der erste Kanal (26) die aus der besagten Zone reflektierten Echos der ersten Impulsfolge aufnimmt und eine entsprechende erste Signalfolge erzeugt, ferner einen mit dem Prüfkopf (12) verbundenen zweiten Kanal (28), der bewirkt, daß der Prüfkopf eine zweite Folge von Ultraschallenergieimpulsen aussendet, die in eine zweite Zone des Werkstücks eindringen, wobei der zweite Kanal (28) die aus der zweiten Zone reflektierten Echos der zweiten Impulsfolge aufnimmt und eine entsprechende zweite Signalfolge erzeugt, sowie eine mit den beiden Kanälen (26«, 28) verbundene Auswerteinrichtung (66, 92, 94, 122, 124), die die Signale der beiden Signalfolgen kombiniert.
5. Prüfsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung ein Kathodenstrahloszilloskop (66) zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige der Signale sowie eine Einrichtung (92, 94, 122, 124) zum abwechselnden Anschalten des Oszilloskops (66) an den ersten und den zweiten Kanal (26, 28) umfaßt, so daß das Oszilloskop eine sichtbare Anzeige der Signale der beiden Signalfolgen erzeugt.

509820/0715
6. Prüfsystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine elektronische Schalteinrichtung (122, 124) zum abwechselnden Anschalten der beiden Kanäle (26, 28) an das Oszilloskop (66) zur Erzeugung einer zusammengesetzten Anzeige aus den Signalen der beiden Signalfolgen.
7. Prüfsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der ersten Impulsfolge eine erste Frequenz und die der zweiten Impulsfolge eine davon verschiedene zweite Frequenz haben.
8. Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mit einem an das Werkstück akustisch ankoppelbaren, tastenden, Ultraschallenergie aussendenden und empfangenden Prüfkopf, gekennzeichnet durch eine mit dem Prüfkopf (12) verbundene Einrichtung (30, 32, 38, 56), die bewirkt, daß der Prüfkopf eine erste und eine zweite Folge von Ultraschallimpulsen aussendet, wobei die Impulse der ersten Folge zwischen die der zweiten Folge eingestreut sind und zur Untersuchung des nahen Bereichs des Werkstücks von diesem reflektierbar sind, während die Impulse der zweiten Folge zur Untersuchung des fernen Bereichs des Werkstücks von diesem fernen Bereich reflektierbar sind, ferner eine mit dem Prüfkopf (12) verbundene Einrichtung (40, 62') zur Erzeugung einer den Reflektionen der ersten Impulsfolge entsprechende erste Signalfolge und einer den Reflektionen der zweiten Impulsfolge entsprechenden zweiten Signalfolge sowie eine mit dieser Einrichtung (40, 62') verbundene Auswerteinrichtung (66, 92, 94, 122, 124) zum Kombinieren der Signale der ersten und der zweiten Signalfolge.

509820/0715
9. Prüfsystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine mit der erstgenannten Einrichtung (30, 32, 38, 56) verbundene elektronische Einrichtung (122, 124), die die Impulse der beiden Impulsfolgen synchron schaltet.
10. Prüfsystem nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein Kathodenstrahloszilloskop (6) zur Erzeugung einer visuellen Anzeige der Signale sowie eine Einrichtung (92, 94, 122, 124), die das Oszilloskop (66) mit der Signalerzeugungseinrichtung (40, 62') verbindet, so daß eine zusammengesetzte visuelle Anzeige aus den Signalen der beiden Signalfolgen erzeugt wird.
11. Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mit einem akustisch an das Werkstück ankoppelbaren, tastenden Prüfkopf, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator (30) zur Erzeugung einer Folge von Taktimpulsen, einen mit dem Taktgenerator (30) verbundenen Teiler (32) zur Zerlegung· der Taktimpulsfolge in eine erste und eine zweite Folge von Synchronisierimpulsen, wobei die Impulse der ersten mit denen der zweiten Folge abwechseln, ferner einen mit dem Teiler (32) verbundenen ersten Impulsgeber (38), der mit dem Prüfkopf (12) verbunden ist und bewirkt, daß der Prüfkopf bei Empfang der Synchronisierimpulse der ersten Folge Ultraschallenergie einer ersten Frequenz in das Werkstück einschallt, ferner einen mit dem Teiler (32) verbundenen zweiten Impulsgeber (56), der ebenfalls mit dem Prüfkopf (12) verbunden ist und bewirkt, daß der Prüfkopf bei Empfang der Synchronisierimpulse der zweiten Folge Ultraschallenergie einer zweiten Frequenz in das Werkstück einschallt, wobei der Prüfkopf (12) die Echos der Ultraschallenergie empfängt und eine

509820/0715

erste Signalfolge der ersten Frequenz sowie eine zweite Signalfolge der zweiten Frequenz erzeugt, ferner einen mit dem Prüfkopf verbundenen, auf die Signale der ersten Frequenz ansprechenden ersten Empfänger (40), ebenfalls mit dem Prüfkopf (12) verbundenen und auf die Signale der zweiten Frequenz ansprechenden zweiten Empfänger (62·), ein Kathodenstrahloszilloskop (66) zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige der Signale sowie eine Einrichtung (92, 94, 122, 124), die das Oszilloskop bei' Auftreten . der Synchronisierimpulse der ersten Folge mit dem ersten Empfänger (40) und bei Auftreten der Synchronisierimpulse der zweiten Folge mit dem zweiten Empfänger (62^f) koppelt, so daß das Oszilloskop (66) eine kombinierte Anzeige der Signale erzeugt .

- ο
12. Prüfsystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine

Weg-Amplituden-Korrektureinrichtung (150), die mit einem (40) der Empfänger verbunden ist und dessen Verstärkungsfaktor als Funktion des Bereichs für diesen Empfänger ändert.
13. Prüfsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung mindestens ein UND-Gatter (92, 94) zum abwechselnden Ankoppeln der Empfänger (40, 62^{) an das Oszilloskop (66) aufweist.
14. Prüfsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (12) einen auf die erste Frequenz ansprechenden ersten Wandler (111), der mit dem ersten Impulsgeber C>8) und dem ersten Empfänger (40) verbunden ist, sowie einen auf die zweite Frequenz ansprechenden zweiten Wandler (113)

609820/0715

umfaßt, der mit dem zweiten Impulsgeber (56) und dem zweiten Empfänger (62·) verbunden ist.
15. . Prüfsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch einen mit" dem Taktgeber ,(3O) und dem Oszilloskop (66) verbundenen Ablenkgenerator (68), der den Elektronenstrahl über den Bildschirm des Oszilloskops synchron mit den Taktimpulsen ablenkt, sowie eine mit den Empfängern (40, 62') verbundene Gatterschaltung (92, 94), die die Empfänger abwechselnd an das Oszilloskop (66) ankoppelt. ·
16. Prüfsystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (152) zum Aus- und Eintasten des Oszilloskops (66) während vorgewählter Abschnitte der Ablenkung.
17. Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mit einem akustisch an das Werkstück ankoppelbaren, tastenden Prüfkopf zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallenergie, gekennzeichnet durch einen mit dem Prüfkopf (12) verbundenen ersten Kanal (26), der bewirkt, daß der Prüfkopf Ultraschallenergie einer ersten Frequenz in das Werkstück 'einschallt, und der Signale der ersten Frequenz empfängt, die der Prüfkopf (12) aufgrund der auf ihn reflektierten Energieechos der ersten Frequenz erzeugt, ferner einen ebenfalls mit dem Prüfkopf (12) verbundenen zweiten Kanal (28), der bewirkt, daß der Prüfkopf Ultraschallenergie einer zweiten Frequenz in das Werkstück einschallt, und der Signale der zweiten Frequenz empfängt, die der Prüfkopf infolge der auf ihn reflektierten Energieechos der zweiten Frequenz erzeugt, sowie eine Auswerteinrichtung (66) und eine Ein-

609820/071 5

richtung (92, 94, 122, 124), die die Auswerteinrichtung abwechselnd mit dem ersten und dem zweiten Kanal (26, 28) verbindet, so daß die Auswerteinrichtung (66) eine Kombination der beiden Signale empfängt.
18. Prüfsystem nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine V/eg-Amplituden-Korrektureinrichtung (150), die in einem (26) der Kanäle liegt und dessen Verstärkungsfaktor gemäß dem Bereich des Kanals ändert.
19. Prüfsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (12) einen mit dem ersten Kanal (26) verbundenen ersten Wandler (111) zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallenergie der ersten Frequenz sowie einen mit dem zweiten Kanal (28) verbundenen zweiten Wandler (113) zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallenergie der zweiten Frequenz umfaßt.
20. Prüfsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine mit den beiden Kanälen (26, 28) und einem Oszilloskop (66) verbundene elektronische Schalteinrichtung (92, 94, 122, 124) umfaßt, die die Kanäle abwechselnd mit dem Oszilloskop verbindet, so daß das Oszilloskop eine zusammengesetzte Anzeige der Kanäle erzeugt.
21. Prüfsystem nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (152) zum Aus- und Eintasten des Oszilloskops (66) synchron mit der Schalteinrichtung (92, 94, 122, 124).

509820/071 5
22. Ultraschallprüfsystem zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mit einem an das Werkstück akustisch ankopperbaren, tastenden Ultraschallprüfkopf, der bei Empfang eines Treibersignals Ultraschallenergie aussendet und entsprechend empfangener Ultraschallenergie ein Signal erzeugt, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator (30) zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge, einen mit dem Taktgenerator verbundenen Teiler (32), der die Taktimpulsfolge in eine erste Folge von ungeraden Synchronisierimpulsen und eine, zweite Folge von geraden Synchronisierimpulsen zerlegt, wobei die ungeraden und die geraden Synchronisierimpulse miteinander abwechseln, ferner einen an den Teiler (32) angeschlossenen ersten Impulsgeber (38), der entsprechend den ungeraden Synchronisierimpulsen eine erste Folge von Treibersignalen erzeugt und dem Prüfkopf (12) zuführt, der bei Empfang der Treibersignale Ultraschallenergieimpulse einer ersten Frequenz in das. Werkstück einschällt, ferner einen ebenfalls an den Teiler (32) angeschlossenen zweiten Impulsgeber (56), der bei Empfang der geraden Synchronisierimpulse eine zweite Folge von TreiberSignalen, erzeugt und dem Prüfkopf (12) zuführt, der entsprechend diesen Treibersignalen Ultraschallenergieimpulse einer zweiten Frequenz in das Werkstück einschallt, wobei der Prüfkopf (12) die Echos der Ultraschallenergieimpulse aus dem Werkstück aufnimmt und eine erste Signalfolge der ersten Frequenz sowie eine zweite Signalfolge der zweiten Frequenz erzeugt, ferner einen mit dem Prüfkopf (12) verbundenen ersten Empfänger (40), der die Signale der ersten Frequenz empfängt und entsprechende Empfangssignale erzeugt, einen ebenfalls mit dem Prüfkopf (12) verbundenen zweiten Empfänger (62'), der auf die Signale der zweiten Frequenz anspricht und entsprechende weitere Empfangs-

509820/0715

signale erzeugt, ferner ein Kathodenstrahloszilloskop (66) zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige der zugeführten Signale, -einen mit dem Oszilloskop (66) verbundenen Ablenkgenerator (68), der den Elektronenstrahl über den Bildschirm tastet, eine Gattereinrichtung (92), die bei Auftreten der ungeraden Synchronisierimpulse den ersten Empfänger (40) mit dem Oszilloskop (66) koppelt, eine weitere Gattereinrichtung (94), die bei Auftreten der ungeraden Synchronisierimpulse den zweiten Empfänger (62^f) mit dem Oszilloskop (66) koppelt, sowie eine Einrichtung (152) zum Aus- und Eintasten des Elektronenstrahls in dem Oszilloskop (66) entsprechend den Synchronisierimpulsen, so daß das Oszilloskop aus den ersten und zv/eiten Signalen eine einzelne kombinierte Anzeige erzeugt.

50 9 820/0715