DE2600720A1

DE2600720A1 - METHOD AND DEVICE FOR NON-DESTRUCTIONAL MATERIAL TESTING WITH ULTRASOUND

Info

Publication number: DE2600720A1
Application number: DE19762600720
Authority: DE
Inventors: Christian Flambard; Alain Lambert; Pavon Miguel Sancho
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1976-07-15
Also published as: JPS5199092A; GB1535831A; SE7600159L; CA1070007A; FR2297419A1; IT1054777B; FR2297419B1

Description

⁰^kIJ, υ,- 7. -'\ ^! ' ¹⁶ 380/1 60/ko ⁰ ^ kIJ, υ, - 7th - '\ ^! ^'16 380/1 60 / ko

Centre Technique des Industries Mecaniques, Senlis / FrankreichCenter Technique des Industries Mecaniques, Senlis / France

Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit UltraschallMethod and device for non-destructive testing of materials with ultrasound

Die Erfindung betrifft das Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall.The invention relates to the field of non-destructive testing of materials using ultrasound.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches Inhomogenitäten eines festen Prüfkörpers erfaßt und lokalisiert und sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für die Messung der Tiefe der gehärteten Randzonen von Stahlproben eignet; weiterhin soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung geschaffen werden.The aim of the invention is to create a method which detects inhomogeneities in a solid test body and is located and particularly, but not exclusively, for measuring the depth of the hardened edge zones of steel samples is suitable; Furthermore, a device that is particularly suitable for carrying out the method is to be created will.

In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind bereits Verfahren bekannt, die auf der Streuung oder Reflexion von Ultraschallwellen in Werkstoffen beruhen und die insbesondereIn non-destructive materials testing, methods are already known that rely on the scattering or reflection of Ultrasonic waves are based in materials and in particular

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OWGlNAL INSPECTEPOWGlNAL INSPECTEP

bei Stahlproben eine Erfassung und Lokalisierung von Änderungen des Gefüges infolge von Wärmebehandlungen ermöglichen.enable the detection and localization of changes in the structure as a result of heat treatments in the case of steel samples.

Bei einem üblichen Verfahren wird auf die Oberfläche eines zu untersuchenden Probenkörpers ein Ultraschallbündel gerichtet, dieses Schallbündel fortschreitend entlang dem Probenkörper verlagert und werden die Echosignale aus dem Probenkörper für die aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Stellungen des Schallbündels während seiner Verlagerung beobachtet.In a common method, an ultrasound beam is directed onto the surface of a specimen to be examined, this sound bundle is displaced progressively along the specimen and the echo signals are emitted from the Specimen for the successive different positions of the sound beam during its displacement observed.

Die bekannten Verfahren weisen grundsätzlich den Nachteil auf, daß die daraus gewonnenen Informationssignale nur schwierig und zeitaufwendig auswertbar sind, so daß sie sich für eine industrielle Kontrolle als praktisch wenig geeignet erwiesen haben. Diese Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere daraus, daß bislang keine Möglichkeit gefunden wurde, die widersprüchlichen Forderungen von Schnelligkeit und Genauigkeit gleichzeitig zu erfüllen, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Energie des Ultraschallechos ebenso zufällig wie die Kornverteilung im Probenkörper ist.The known methods basically have the disadvantage that the information signals obtained therefrom can only be evaluated with difficulty and in a time-consuming manner, so that they have proven to be practically unsuitable for industrial control. These difficulties arise in particular from the fact that so far no possibility has been found to meet the contradicting requirements of speed and accuracy at the same time, whereby it must be taken into account that the energy of the ultrasonic echo is just as random as the grain distribution in the sample body.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall geschaffen, welches für eine industrielle Auswertung geeignet ist.With the present invention a method for non-destructive Material testing created with ultrasound, which is suitable for industrial evaluation.

Hierzu betrifft die Erfindung ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere zur Feststellung der Tiefe von gehärteten Randzonen eines Stahlstückes, und zeichnet sich dadurch aus, daß auf die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe ein UltraschallbündelTo this end, the invention relates to a method for non-destructive testing of materials, in particular for determining the Depth of hardened edge zones of a piece of steel, and is characterized by the fact that on the surface of a to be examined Sample an ultrasound beam

gerichtet wird, daß das Schallbündel in regelmäßiger Weise auf dem Probenkörper bei konstantenis directed that the sound beam in a regular manner on the specimen at constant

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Einfallbedingungen verschoben wird, daß die Echowellen aus dem Probenkörper erfaßt werden und daß mittels eines gleichen Empfängers die Energien der aufeinanderfolgenden Echowellen wenigstens während eines bestimmten Abschnittes der Verschiebung oder Verlagerung des Schallbündels sichtbar gemacht werden.Incidence conditions is shifted that the echo waves are detected from the specimen and that by means of a same receiver the energies of the successive echo waves at least during a certain section the shift or displacement of the sound beam can be made visible.

Vorzugsweise wird der Probenkörper unter gleichbleibendem Winkel schräg beschallt, um eine Überdeckung der Echowellen durch das hochenergetische Echo bei der Reflexion der Wellen an der Oberfläche des Probenkörpers zu vermeiden. Der Einfallswinkel ist vorzugsweise größer als der dem Totalreflexionswinkel der Longitudinal- oder Druckwellen entsprechende Winkel, damit lediglich ein Schubwellen- oder Transversalwellenbündel in dem zu untersuchenden Probenkörper, gebrochen wird. Insbesondere dann, wenn die Schwingungskopplung zwischen dem Sender und dem Probenkörper mittels Wasser erfolgt, liegt der Einfallswinkel in der Größenordnung 15 bis 25°.The sample body is preferably sonicated at a constant angle in order to cover the echo waves due to the high-energy echo when the waves are reflected on the surface of the specimen. The angle of incidence is preferably greater than that corresponding to the total reflection angle of the longitudinal or pressure waves Angle, so that only a shear wave or shear wave bundle in the specimen to be examined, is broken. In particular when the vibration coupling between the transmitter and the specimen takes place by means of water, the angle of incidence is in the order of 15 to 25 °.

Im erfindungsgemäßen Zusammenhang ist es von Vorteil, eine lokale periodische Verlagerung des Schallbündels in der Nachbarschaft eines Zentralpunktes mit einer kontinuierlichen Verlagerung des Zentralpunktes auf dem Probenkörper zu kombinieren. Dabei kann insbesondere eine translatorische Längsverlagerung mit konstanter Geschwindigkeit mit einer hin- und hergehenden Querverlagerung oder mit einer kontinuierlichen drehenden Verlagerung mit dem Zentralpunkt als Zentrum wie einer konischen Drehbewegung des schräg einfallenden Schallbündels überlagert werden. Diese Verlagerungen erfolgen vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit. In the context of the invention, it is advantageous to have a local periodic displacement of the sound beam in the vicinity of a central point with a continuous one Combine shifting the central point on the specimen. In particular, a translational Longitudinal displacement at constant speed with a reciprocating transverse displacement or with a continuous rotary displacement with the central point as the center like a conical rotary motion of the oblique incident sound bundle are superimposed. These shifts are preferably carried out at a constant speed.

Im Zusammenhang mit der Längsverlagerung des SchällbündelsIn connection with the longitudinal displacement of the peeling bundle

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wird mit Vorteil eine spezielle Art der Sichtbarmachung der Energien der Echowellen eingesetzt, wobei auf einem Bildschirm die oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegenden Energien in Abhängigkeit von der Längsverschiebung sichtbar gemacht werden. Hierfür kann insbesondere der Bildschirm einer Kathodenstrahlspeicherröhre eingesetzt werden,-wobei die Ablenkplatten für den Bildpunkt einerseits durch eine zur Längsverlagerung des einfallenden Schallbündels proportionale Spannung und andererseits durch einen Kippgenerator od. dgl. ,' der mit dem einfallenden Schallbündel synchronisierbar sein kann, gesteuert wird, wobei die Intensität des Bildpunktes durch die Energie der erfaßten Echowellen moduliert wird.a special kind of visualization of the energies of the echo waves is used with advantage, whereby on one Screen the energies lying above a predetermined threshold value as a function of the longitudinal displacement be made visible. The screen of a cathode ray storage tube can in particular be used for this purpose are used, -wherein the deflection plates for the image point on the one hand by a for the longitudinal displacement of the incident sound beam proportional voltage and on the other hand by a tilt generator or the like., 'The with the incident sound beam can be synchronized, is controlled, the intensity of the image point by the energy of the detected echo waves is modulated.

Die Erfindung schließt jedoch nicht eine Verwendung anderer Verfahren zur Sichtbarmachung aus, wobei auch eine Beobachtung in zeitlichen Abständen während der Verlagerung entlang der Oberfläche des Probenkörpers vorgenommen werden kann. Insbesondere können mittels desselben Bildschirmes beispielsweise durch Photographie des Bildschirmes, einer Kathodenstrahlröhre die Energieänderungen der Echowellen während einer periodischen lokalen Verlagerung des Schallbündels gespeichert werden. Diese periodische lokale Verlagerung ist dabei vorzugsweise durch eine konische Drehbewegung des Schallbündels mit konstanter Geschwindigkeit bewerkstelligt.However, the invention does not exclude the use of other methods of visualization, including observation be carried out at time intervals during the displacement along the surface of the specimen can. In particular, by means of the same screen, for example by photographing the screen, one Cathode ray tube the energy changes of the echo waves during a periodic local displacement of the sound beam get saved. This periodic local displacement is preferably due to a conical rotary movement of the sound beam accomplished at constant speed.

Mit der Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß sie einen Sender für Ultraschall-Impulsbündel oder Wellenzüge aufweist, weiter eine Einrichtung zur Ausrichtung des Ultraschallbündels unter einem schrägen Einfallswinkel gegenüber der Oberfläche des Prüflings besitzt, einen Empfänger für Echowellen aus dem Prüfling vorzugsweiseThe invention also provides a device for non-destructive Material testing created, which is characterized by that it has a transmitter for ultrasonic bursts of pulses or wave trains, further a device for alignment of the ultrasonic beam has an oblique angle of incidence with respect to the surface of the test object, a receiver for echo waves from the test object preferably

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unter dem gleichen Winkel aufweist, wobei der Empfänger denselben Umsetzer oder Schwingquarz wie der Sender aufweisen kann, und daß eine Einrichtung zur Verlagerung des Schallbündels gegenüber dem Prüfling unter Konstanthaltung des Einfallwinkels und der Länge des Schallweges zwischen dem Sender und der Oberfläche des Prüflings vorgesehen ist.at the same angle, the receiver having the same converter or quartz crystal as the transmitter can, and that a device for shifting the sound beam relative to the test object while keeping it constant the angle of incidence and the length of the sound path between the transmitter and the surface of the test object is.

Vorzugsweise ist der Umsetzer oder Schwingquarz für die Sendung und/oder den Empfang der Ultraschallwellen in einem dichten Gehäuse untergebracht, welches durch ein Kontaktfenster mit dem Prüfling abgeschlossen und mit einer akustischen Kopplungsflüssigkeit wie Wasser wenigstens auf dem-gesamten Schallweg zwischen dem Umsetzer oder Schwingquarz und dem Kontaktfenster angefüllt ist.The converter or quartz oscillator for the transmission and / or reception of the ultrasonic waves is preferably in housed in a tight housing, which is closed by a contact window with the test object and with an acoustic coupling fluid such as water at least along the entire sound path between the transducer or quartz crystal and the contact window is filled.

Das Gehäuse weist mit Vorteil nicht nur den Umsetzer oder Schwingquarz, sondern auch die Einrichtung zur Ausrichtung des Schallbündels auf, die insbesondere aus wenigstens einem Reflexionsspiegel und/oder einer Einrichtung zur lokalen Verlagerung des Schallbündels, insbesondere durch translatorische oder drehende Verlagerung des Reflexionsspiegels und/oder des Umsetzers oder Schwingquarzes besteht. The housing advantageously not only has the converter or quartz oscillator, but also the device for alignment of the sound bundle, which in particular consists of at least one reflection mirror and / or a device for local displacement of the sound beam, in particular by translational or rotating displacement of the reflection mirror and / or the converter or quartz oscillator.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Umsetzer oder Schwingquarz auf einem parallel zum Kontaktfenster längsbeweglich gehaltenen Gleitstück im Gehäuse gelagert. Das Schallbündel durchsetzt das Kontaktfenster in schrägem Winkel, wozu der Umsetzer oder Schwingquarz in dieser Richtung ausgerichtet oder ein akustischer Spiegel ebenfalls auf dem Gleitstück vorgesehen ist, wenn der Schwingquarz nicht in dieser Richtung ausgerichtet werden kann. Das Gleitstück kann hin- und hergehend bewegtIn a preferred embodiment of the device the converter or quartz oscillator on a sliding piece in the housing that is longitudinally movable parallel to the contact window stored. The sound bundle penetrates the contact window at an oblique angle, including the converter or quartz oscillator aligned in this direction or an acoustic mirror is also provided on the slider, if the crystal cannot be aligned in this direction. The slider can move back and forth

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werden, und zwar entweder von Hand oder bevorzugt mittels
eines Elektromotores und eines Nockens, gegen den das Ende des Gleitstückes mittels einer Feder angedrückt ist.either by hand or preferably by means of
an electric motor and a cam, against which the end of the slide is pressed by means of a spring.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist das Gehäuse einen beweglichen Umsetzer oder
Schwingquarz auf, der auf einem beweglichen Halter gelagert ist, welcher eine konische, gegenüber einem Punkt auf der
Oberfläche des durch das Kontaktfenster des Gehäuses hindurch zu beschallenden Prüflings geneigte konische Drehung des vom Schwingquarz erzeugten Strahlenbündels ermöglicht, oder aber ist der Umsetzer oder Schwingquarz mit fester,
senkrecht zum Prüfling stehender Achse angeordnet und eine drehbare Reflexionsspiegelanordnung vorgesehen, welche die entsprechende konische Drehbewegung des Strahlenbündels
herbeiführt.In another preferred embodiment of the device, the housing has a movable converter or
Quartz oscillator, which is mounted on a movable holder, which has a conical, opposite a point on the
Surface of the test specimen to be sonicated through the contact window of the housing, which is inclined, enables the beam generated by the quartz oscillator to rotate, or if the converter or quartz oscillator has a fixed,
arranged perpendicular to the test specimen axis and a rotatable reflection mirror arrangement is provided, which the corresponding conical rotational movement of the beam
brings about.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Es zeigtFurther details, features and advantages of the invention
result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing.
It shows

Fig. 1 schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 1 schematically simplified a device according to the invention,

Fig. 2 in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 2 shows another embodiment of the device according to the invention in a representation corresponding to FIG. 1,

Fig. 3 schematisch vereinfacht die Art der Verlagerung und der Sichtbarmachung der Echosignale bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 1,3 schematically simplifies the type of displacement and visualization of the echo signals in one embodiment according to Fig. 1,

Fig. 4A schematisch vereinfacht die Art der Verlagerung und der Sichtbarmachung bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2,FIG. 4A schematically simplifies the type of displacement and the visualization in an embodiment according to FIG Fig. 2,

Fig. 4B in einer Darstellung entsprechend Fig. 4A eine andere Art der Verlagerung, die aus verschiedenen KomponentenFIG. 4B in a representation corresponding to FIG. 4A shows another type of displacement that consists of various components

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zusammengesetzt,ist sowie der Sichtbarmachung bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2,composed, is as well as the visualization an embodiment according to FIG. 2,

Fig. 5 einen Längsschnitt gemäß Linie A-A aus Fig. 6 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur translator!sehen Verlagerung des Schallbündels,5 shows a longitudinal section along line A-A from FIG. 6 of a device according to the invention for translator! Displacement of the sound beam,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Linie B-B aus Fig. 5,6 shows a section through the device according to line B-B from FIG. 5,

Fig. 7 schematisch vereinfacht eine Anordnung zur Ausregelung der Vorrichtung,7 shows a schematically simplified arrangement for regulating the device,

Fig. 8 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verlagerung des Schallbündels in einer Drehbewegung,8 shows a partial longitudinal section through an inventive Device for shifting the sound beam in a rotary motion,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur translatorischen Verlagerung und zur Erfassung des gesamten VerlagerungsM/eges und9 shows a longitudinal section through a device according to the invention for translational displacement and for recording the entire displacement amount and

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung des gesamten Verlagerungsweges im Falle einer drehenden Verlagerung.10 shows a longitudinal section through another embodiment a device according to the invention for detecting the entire displacement path in the case of a rotating Relocation.

Das erfindungsgemäße Verfahren in seiner Anwendung auf die Messung der Tiefe der gehärteten Randzone von Stahlprüflingen beruht auf der Beobachtung von Ultraschallwellen, welche im Prüfling gestreut und reflektiert werden, und zwar speziell auf der Beobachtung der Änderungen der Energie der durch Echostreuung an den Gefügekörnern nach Schwächung durch die Körner über der Dicke des Prüflings reflektierten Ultraschallwellen. Es ist bekannt, daß die Streuung der Ultraschallwellen bei einem gegebenen Prüfling, also einem gegebenen mittleren Volumen der ursprünglichen austenitischen Körner des Stahls (vor einer Wärmebehandlung), bei martensitischem Gefüge, wie es bei schneller Abschreckung des Stahles er-The method according to the invention in its application to the Measurement of the depth of the hardened edge zone of steel specimens is based on the observation of ultrasonic waves, which be scattered and reflected in the test object, specifically on the observation of the changes in the energy caused by echo scattering Ultrasonic waves reflected on the grains of the structure after weakening by the grains over the thickness of the test object. It is known that the scattering of the ultrasonic waves in a given test object, so a given mean volume of the original austenitic grains of the steel (before heat treatment), in the case of martensitic Structure, as it would be with quick quenching of the steel

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halten wird, erheblich schwächer ist als in einem perlitischem Gefüge, vie es durch langsame Abkühlung erzielt wird. Die Höhe der Streuung liegt bei einem Mittelwert für solche Gefüge, die bei mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten entstehen. In jedem Fall ist der Unterschied der Streuung zwischen der gehärteten Randzone des Stahls und dem nicht gehärteten Bereich grundsätzlich ausreichend klar und bestimmt, um hierdurch die Tiefe der gehärteten Randzone bestimmen zu können, insbesondere dann, wenn große Tiefen der Härtungszone beispielsweise durch Hochfrequenzbehandlung erzielt werden.will hold, is considerably weaker than in a pearlitic Structure as it is achieved by slow cooling. The level of the scatter is at an average value for such structures, which at medium cooling rates develop. In either case is the difference in scatter between the hardened edge zone of the steel and the non-hardened area is basically sufficiently clear and defined to thereby determine the depth of the hardened area To be able to determine the edge zone, especially when the hardening zone is deep, for example by high-frequency treatment be achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Beobachung dieses Unterschiedes in der Streuung auf besonders praktische Weise, derart, daß über einen bestimmten Abschnitt der Oberfläche des Prüflings ein Durchschnittswert der zurückgestrahlten Energie festgestellt und über einen Empfänger zur Sichtbarmachung dieser Energien der Abstand zwischen der Oberfläche des Prüflings und der Grenze der gehärteten Randzone direkt gemessen werden kann.The method according to the invention allows observation this difference in dispersion in a particularly practical way, such that over a certain section an average value of the reflected energy is determined on the surface of the test object and via a receiver to make these energies visible, the distance between the surface of the test specimen and the limit of the hardened one Edge zone can be measured directly.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise in der aus dem Impulsechoverfahren an sich bekannten Weise ein einzelner Umformer oder eine einzelne Ultraschallsonde, nachfolgend einheitlich als Schwingquarz bezeichnet, als Sender für die Wellenzüge oder Ultraschallimpulse, welche das einfallende Schallbündel bilden, und als Empfänger für die Echoimpulse eingesetzt. Statt dessen kann jedoch auch ein Schwingquarz als Sender und ein anderer als Empfänger benützt werden.When carrying out the method according to the invention preferably in the one from the pulse echo method itself known way a single transducer or a single ultrasonic probe, hereinafter uniformly as a quartz oscillator referred to as the transmitter for the wave trains or ultrasonic pulses that form the incident sound bundle, and used as a receiver for the echo pulses. Instead, however, a quartz crystal can be used as the transmitter and another be used as a recipient.

Bei den weiter unten näher erläuterten Ausführungsbeispielen ist stets nur ein einzelner Schwingquarz verwendet. Dieser Schwingquarz ist entweder geneigt angeordnet oder mit einerIn the exemplary embodiments explained in more detail below, only a single quartz oscillator is always used. This Quartz crystal is either inclined or with a

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entsprechenden Einrichtung versehen, welche das Schallbündel in schrägem Winkel auf die Oberfläche des Prüflings lenkt, wobei dieser schräge Einfallswinkel während einer Verlagerung konstant bleibt, welche das Schallbündel gegenüber der Oberfläche des Prüflings ausführt; weiterhin bleibt dabei auch die Länge des Schallweges zwischen dem Schwingquarz und dem Prüfling konstant.provided corresponding device, which the sound beam at an oblique angle on the surface of the test object steers, this oblique angle of incidence remains constant during a displacement which the sound beam opposite the surface of the test object; the length of the sound path between the quartz oscillator also remains and the test item constant.

Durch weiter unten noch näher erläuterte Einrichtungen wird eine periodische lokale Verlagerung des Schallbündels mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erzielt, die entweder als Hin- und Herbewegung oder als kontinuierliche Drehbewegung erfolgt. Diese lokale Verlagerung ist in bestimmten Fällen mit einer Verlagerung des Zentralpunktes dieser lokalen Verlagerung kombiniert, die entweder diskontinuierlich oder mit konstanter Geschwindigkeit, jedoch gegenüber der lokalen Verlagerung langsam vorgenommen wird.A periodic local displacement of the sound beam is achieved by means of devices which will be explained in more detail below achieved at a steady speed, either as a reciprocating motion or as a continuous rotary motion he follows. This local shift is in certain cases with a shift of the central point of this local one Combined displacement, either discontinuous or at a constant rate, but opposite the local relocation is being made slowly.

Die Neigung des Einfallswinkels des Schallbündels bringt verschiedene Vorteile. So wird das Oberflächenecho großer Amplitude, welches bei der Reflexion des Strahlenbündels an der Oberfläche des Prüflings erzeugt wird, unterdrückt. Weiterhin wird bei einem Einfallswinkel oberhalb des Totalreflexionswinkels der Druck- oder Longitudinalwellen erreicht, das alleine die Schub- oder Transversalwellen im Prüfling gebrochen werden, die den Vorteil einer wesentlichen niedrigeren Fortpflanzungsgeschwindigkeit als die Druck- oder Longitudinalwellen aufweisen. Darüberhinaus wird durch die Neigung des gebrochenen Schallbündels die Länge des Durchdringungsweges der Schallwellen über die Dicke des untersuchten Abschnittes des Prüflings erhöht.The inclination of the angle of incidence of the sound beam brings various advantages. This makes the surface echo larger Amplitude that is generated when the beam is reflected on the surface of the test object is suppressed. Furthermore, at an angle of incidence above the total reflection angle of the pressure or longitudinal waves, that only the shear or transverse waves in the test object are broken, which has the advantage of a substantial have a slower propagation speed than the pressure or longitudinal waves. Furthermore is determined by the inclination of the broken sound bundle The length of the penetration path of the sound waves is increased over the thickness of the examined section of the test object.

Die schematisch insgesamt in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Vorrichtungen unterscheiden sich durch die Art derThe devices illustrated schematically as a whole in FIGS. 1 and 2 differ by the type of

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Sichtbarmachung der Energie de'r Echostreuwellen.Visualization of the energy of the echo scatter waves.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist im wesentlichen einen Impulsgenerator 1 auf, der den als Schwingquarz 7 od. dgl. ausgebildeten Sender zur Abgabe von Ultraschallimpulsen anregt. Der Schwingquarz 7 erzeugt ein Schallbündel, welches durch weiter unten näher erläuterte mechanische Einrichtungen in einer lokalen periodischen Bewegung oberhalb eines Prüftisches 9 geführt wird. Die Vorrichtung weist zur Weiterverarbeitung der am Schwingquarz 7 ankommenden Echostreuwellen in Serienschaltung einen Verstärker 2, ein Filter 3 und eine Meßeinrichtung 4 auf. Die Sichtbarmachung der Signale erfolgt auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre 5· Die Amplitude der gemessenen Echoimpulse steuert die vertikalen Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre, während ein Kippgenerator 6 od. dgl. die horizontalen Ablenkplatten steuert. Nach Synchronisation des Kippgenerators 6 mit der Erzeugung der Sendeimpulse über einen nicht näher dargestellten Synchronisator kann auf diese Weise eine Darstellung der Änderungen der Energie E der Echoimpulse als Funktion des Abstandes D dargestellt werden, der durch die Ultraschallwellen im Werkstoff durchlaufen ist (vgl. Darstellung des erhaltenen Bildes in Fig. 3).The device according to FIG. 1 essentially has a pulse generator 1, which is used as a quartz oscillator 7 or the like. trained transmitter stimulates the delivery of ultrasonic pulses. The quartz oscillator 7 generates a sound beam, which by mechanical devices explained in more detail below in a local periodic movement above a test table 9 is performed. The device has for further processing of the arriving at the quartz oscillator 7 Echo scatter waves in series an amplifier 2, a Filter 3 and a measuring device 4. The signals are made visible on the screen of a cathode ray tube 5 · The amplitude of the measured echo pulses controls the vertical deflection plates of the cathode ray tube while a tilt generator 6 or the like controls the horizontal baffles. After synchronization of the tilt generator 6 with the generation of the transmission pulses via a synchronizer, not shown in detail, a Representation of the changes in the energy E of the echo pulses as a function of the distance D can be represented by the ultrasonic waves have passed through the material (see illustration of the image obtained in FIG. 3).

Wenn auf diese Weise ein gehärteter Stahlprüfling untersucht wird, ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte Bild auf dem Bildschirm des Oszillographen. Die Vorrichtung weist mit Vorteil zusätzlich eine photographische Einrichtung auf, welche eine Speicherung der auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre sichtbar gemachten Energiekurven während der gesamten lokalen Verlagerung des Schwingquarzes gestattet und dadurch in einem engen Integrationsbereich, der von der Amplitude der Verlagerung des Schwingquarzes abhängt, eine Durchschnittskurve der StreuenergieWhen a hardened steel specimen is examined in this way, the picture shown in FIG. 3 results on the oscilloscope screen. The device advantageously also has a photographic device on which a storage of the energy curves made visible on the screen of the cathode ray tube permitted during the entire local displacement of the quartz oscillator and thus in a narrow integration range that depends on the amplitude of the displacement of the quartz oscillator depends on an average curve of the scattering energy

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sichtbar macht. Die Dicke der gehärteten Randzone entspricht dem Abstand zwischen den beiden ersten Echos großer Amplitude, deren Abstand bei H in Fig. 3 veranschaulicht ist.makes visible. The thickness of the hardened edge zone corresponds the distance between the first two large amplitude echoes, the distance between which is illustrated at H in FIG.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht noch der Nachteil, daß die Information mit zeitlicher Verschiebung geliefert wird, da zunächst eine Überlagerung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Bildschirmdarstellungen durchgeführt wird, und daß keine örtlich aufgeschlüsselte Darstellung erfolgt, da das Prüfungsergebnis in einer Mittelung zwischen einer Mehrzahl von Punkten des Prüflings besteht, ohne daß zu jedem Punkt eine eindeutige Zuordnung zu einem Meßwert vorliegt. In the device according to FIG. 1, there is still the disadvantage that the information is supplied with a time shift is, since first a superimposition of a plurality of successive screen displays is carried out, and that there is no locally broken down representation, since the test result is averaged between a There is a plurality of points on the test specimen without any unambiguous assignment to a measured value being present for each point.

Diese Nachteile sind bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 vermieden. Durch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann insbesondere ohne Zeitverzögerung eine örtlich eindeutig zugeordnete Darstellung der Dicke der gehärteten Randzone des Stahlprüflinges erzeugt werden. Hierzu weist die Vorrichtung gemäß Fig. 2 ebenso wie diejenige gemäß Fig. 1 einen Impulsgenerator 1, den Schwingquarz 7» der parallel zu einem Prüftisch 9 beweglich ist, einen Verstärker 2, ein Filter 3t eine Meßeinrichtung 4, eine Kathodenstrahlröhre 5 und einen Kippgenerator 6 auf. Der Unterschied liegt darin, daß die lokale Verlagerung der Sonde und gegebenenfalls die gesamte, zusammengesetzte Verlagerung des Gehäuses mit dem Schwingquarz in jedem Moment durch eine elektrische Einrichtung 8 gemessen wird, die ein Meßfühler für lineare oder drehende Bewegungen sein kann.These disadvantages are avoided in the device according to FIG. By means of the device according to FIG. 2, in particular a locally clearly assigned representation of the thickness of the hardened edge zone of the Steel test specimen are generated. For this purpose, the device according to FIG. 2, like that according to FIG. 1, has a Pulse generator 1, the quartz oscillator 7 »which is movable parallel to a test table 9, an amplifier 2 Filter 3t a measuring device 4, a cathode ray tube 5 and a relaxation generator 6. The difference is that the local displacement of the probe and possibly the entire, composite displacement of the case with the quartz oscillator at any moment by an electrical one Device 8 is measured, which can be a sensor for linear or rotary movements.

Die vom Meßfühler 8 erzeugte elektrische Spannung, die der Verlagerung des Schwingquarzes proportional ist, steuert die horizontalen Ablenkplatten des Kathodenstrahloszillographen 5. Der Kippgenerator 6 steuert die vertikalenThe electrical voltage generated by the sensor 8, which is proportional to the displacement of the quartz crystal, controls the horizontal deflection plates of the cathode ray oscilloscope 5. The tilt generator 6 controls the vertical ones

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Platten während die empfangenen Signale, deren Amplitude der Echoenergie entspricht, zur Modulation der Intensität des Bildpunktes der Kathodenstrahlröhre herangezogen werden. Auf diese Weise wird direkt auf dem Bildschirm des Oszillographen eine örtlich aufgeschlüsselte Darstellung des Ursprungs des Echos in der Tiefe des Prüflings als Funktion der gemessenen Verlagerung des Schwingquarzes erhalten, so -wie dies in den Fig. 4A und 4B veranschaulicht ist, so daß Unterschiede in der Tiefe H der gehärteten Randzone deutlich werden.Plates while the received signals, their amplitude corresponds to the echo energy, can be used to modulate the intensity of the image point of the cathode ray tube. In this way, a locally disaggregated representation is displayed directly on the oscilloscope screen the origin of the echo in the depth of the test object as a function of the measured displacement of the quartz crystal obtained, as illustrated in FIGS. 4A and 4B, so that differences in the depth H of the hardened Edge zone become clear.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen für die erfindungsgemäße Vorrichtung, und zwar insbesondere die Anordnung des Schwingquarzes und die Einrichtung zur Verlagerung des Strahlenbündels, erläutert.Various embodiments for the Device according to the invention, in particular the arrangement of the quartz oscillator and the device for displacement of the beam explained.

Bei allen Ausführungsformen dient der gleiche Schwingquarz od. dgl. zur Erzeugung des Sendeimpulses und zum Empfang des Echostreuimpulses aus dem Prüfling und ist mit einer Ausriehteinrichtung und einer Verlagerungseinrichtung für das Schallbündel im Inneren eines dichten Gehäuses angeordnet, welches mit einer akustischen Kopplungsflüssigkeit zwischen dem Schwingquarz und dem Prüfling angefüllt ist, die bevorzugt Wasser sein kann.The same quartz oscillator is used in all embodiments Od. Like. To generate the transmission pulse and to receive the echo scatter pulse from the test object and is with a Disengagement device and a displacement device for the sound bundle arranged inside a tight housing, which with an acoustic coupling fluid is filled between the quartz crystal and the test item, which can preferably be water.

In jedem Fall ist das dichtende Gehäuse durch ein Fenster abgeschlossen, welches eine Übertragung der Impulse zwischen dem Schwingquarz und der Oberfläche des Prüflings gestattet, wobei die Kopplungsflüssigkeit durch eine feine elastische und für Ultraschall durchlässige Membran auf dem Fenster 2,urückgehalten wird. Durch Andruck- und/oder Befestigungsstücke kann die Vorrichtung mit der elastischen Membran in Druckkontakt mit der Oberfläche des Prüflings angeordnet werden.In any case, the sealing housing is closed by a window, which allows the impulses to be transmitted between the quartz crystal and the surface of the test specimen allowed, the coupling liquid through a fine elastic and membrane permeable to ultrasound on the window 2 is retained. The device with the elastic membrane be placed in pressure contact with the surface of the test piece.

Die Einschällung erfolgt schräg zum Fenster, um auch gegen-The encapsulation takes place at an angle to the window so that

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über dem Prüfling einen gegebenenfalls einstellbaren schrägen Einfallwinkel zu erzielen, wozu entweder der Schwingquarz selbst geneigt angeordnet oder ein Reflexionsspiegelsystem für das Strahlenbündel eingesetzt wird.to achieve an optionally adjustable inclined angle of incidence over the test specimen, for which either the Quartz oscillator itself is inclined or a reflective mirror system is used for the beam.

Eine lokale Verlagerung des Strahlenbündels kann dadurch erzielt werden, daß der Schwingquarz selbst oder Spiegelsysteme im Inneren des Gehäuses in entsprechende Bewegung gesetzt werden, was von Hand oder mittels eines Antriebsmotors erfolgen kann. Diese lokale Verlagerung kann insbesondere eine periodische translatorische oder drehende Bewegung sein, die je nach Bedarf eine Sichtbarmachung gemäß Fig. 3 oder gemäß Fig. 4A gestattet. Weiterhin kann jedoch auch das Gehäuse selbst gegebenenfalls auf der Oberfläche des' Prüflings verlagert werden, um so eine zusammengesetzte Verlagerung des Strahlenbündels mit einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 4B zu erzielen.A local shift of the beam can thereby be achieved that the quartz crystal itself or mirror systems inside the housing in corresponding movement be set, which can be done by hand or by means of a drive motor. This local shift can in particular be a periodic translational or rotating movement, which can be made visible as required according to FIG. 3 or according to FIG. 4A. Furthermore, however, the housing itself can optionally also be on the Surface of the 'test specimen are displaced so as to produce a composite displacement of the beam with a To achieve visualization according to FIG. 4B.

Die in den Fig. 5 und 6 veranschaulichte Vorrichtung gestattet eine geradlinige Verlagerung des Schwingquarzes und eines Reflexionsspiegels, der das Strahlenbündel ausrichtet. Die Vorrichtung kann bei der Anordnung gemäß Fig. mit einer geradlinigen Verlagerung und einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 3 eingesetzt werden. Sie kann ebenso auch einen zusätzlichen äußeren Meßfühler für die Verlagerung aufweisen, beispielsweise einen Drahtfühler, und bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit einer zusammengesetzten Verlagerung eingesetzt werden, wobei zwei aufeinander senkrechtstehende translatorische Bewegungen überlagert werden, und wobei die Sichtbarmachung gemäß Fig. 4B erfolgt.The device illustrated in FIGS. 5 and 6 allows the oscillating crystal to be displaced in a straight line and a reflection mirror that aligns the beam. The device can in the arrangement according to FIG. can be used with a straight shift and a visualization according to FIG. 3. It can also do one have additional external sensors for displacement, for example a wire sensor, and in the device 2 can be used with a composite displacement, two mutually perpendicular translational movements being superimposed, and whereby the visualization takes place according to FIG. 4B.

Der Schwingquarz 40 und der Spiegel 43 sind im Inneren eines hohlen Gleitstückes 42 angeordnet, welches seinerseits längsbeweglich koaxial in einem zylindrischen Ge-The quartz oscillator 40 and the mirror 43 are arranged inside a hollow slide 42, which in turn longitudinally movable coaxially in a cylindrical

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häusemantel 41 der Vorrichtung angeordnet ist. Der Gehäusemantel 41 enthält weiterhin einen Getriebemotor 23, dessen koaxial zum Gleitstück 42 liegende Abtriebswelle eine Steuerkurve 49 aufweist, an der über eine Rollenlagerung 24 das Ende des Gleitstückes 42 anliegt. Der Schwingquarz 40 ist im Gleitstück 42 fest durch einen Gewindebolzen 48 gehalten. Der Gewindebolzen 48 dient als Abstützung für die Rollenlagerung 24. Der Reflexionsspiegel 43 liegt dem Schwingquarz im Gleitstück 42 gegenüber. Seine Befestigung erfolgt durch einen Querstift 37, der eine einfache Demontage und Auswechselung des Spiegels ermöglicht. Ein drittes Einsatzstück 12 ist im Ende des Gleitstücks 42 verschraubt. Dieses Einsatzstück weist eine Sackbohrung auf, welche eine Feder 38 aufnimmt. Die Feder 38 stützt sich gegen den Boden 13 des Gehäusemantels ab und drängt somit das Gleitstück 42 in Richtung auf die Kurvenfläche 49. Der Gehäusemantel 41 ist an seinem Ende durch ein Abdeckstück 46 verschlossen, welches mittels Schrauben 34 festgelegt ist und ebenfalls zur Halterung des Bodens 13 für die Abstützung der Feder 38 dient.housing jacket 41 of the device is arranged. The housing jacket 41 also contains a geared motor 23, the output shaft of which is located coaxially with the slider 42 and has a control cam 49, on which the end of the slider 42 rests via a roller bearing 24. The quartz crystal 40 is held firmly in the slider 42 by a threaded bolt 48. The threaded bolt 48 serves as a support for the Roller bearing 24. The reflection mirror 43 lies opposite the quartz oscillator in the slider 42. Its fortification takes place by means of a transverse pin 37, which enables the mirror to be easily dismantled and replaced. A third Insert 12 is screwed into the end of slide 42. This insert has a blind hole, which a Spring 38 receives. The spring 38 is supported against the ground 13 of the housing jacket and thus pushes the slider 42 in the direction of the curved surface 49. The housing jacket 41 is closed at its end by a cover piece 46, which is fixed by means of screws 34 and also for holding the floor 13 for the support the spring 38 is used.

Die genaue Gleitführung des Gleitstückes 42 wird durch Lagerschalen 17 aus Bronze bewerkstelligt, die fest am Gehäusemantel 41 gehalten sind, sowie durch Rollenlager 27, die neben der Führung der Baugruppe auch eine Drehung des Gleitstückes um seine Achse vermeiden. Hierzu liegen die Rollenlager in einer Längsnut 21 an der Innenseite der Bohrung des Gehäusemantels 41 an. Die Bolzen 22, welche die Rollenlager 27 abstützen, sind exzentrisch ausgebildet, so daß durch ihre Dreheinstellung das Spiel zwischen der beweglichen Baugruppe und dem Gehäusemantel eingestellt werden kann. Schrauben 35 dienen zur Blockierung der Einstellung der Bolzen 22.The precise sliding of the slider 42 is accomplished by bearing shells 17 made of bronze, which are firmly attached to the Housing jacket 41 are held, as well as by roller bearings 27, which in addition to guiding the assembly also a rotation of the Avoid sliding piece around its axis. For this purpose, the roller bearings lie in a longitudinal groove 21 on the inside of the Bore of the housing jacket 41. The bolts 22, which support the roller bearings 27, are eccentric, so that the play between the movable assembly and the housing shell is set by its rotational setting can be. Screws 35 are used to block the adjustment of the bolts 22.

Die Vorrichtung ist für eine Anfüllung mit akustischerThe device is for a filling with acoustic

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Kopplungsflüssigkeit zwischen dem Schwingquarz und der Oberfläche des Prüflinges im Mittelbereich der Vorrichtung ausgebildet.Coupling liquid between the quartz oscillator and the surface of the test object in the central area of the device educated.

Die Dichtheit der die Flüssigkeit aufnehmenden Kammer wird folgendermaßen bewerkstelligt: An der Öffnung des Gehäusemantels durch eine feine elastische Membran 11, die für Ultraschall durchlässig ist und mittels eines Klemmringes 45 auf einem mit der Fensteröffnung versehenen Lagervorsprung gehalten ist; zwischen dem Zylindermäntel und dem Gleitstück durch eine Lippendichtung 25; und zwischen dem Schwingquarz und dem Gleitstück sowie zwischen dem Druckstück für die Feder 38 und dem Gleitstück durch Ringdichtungen 26, die in Lagernuten des Gleitstückes gehalten sind.The tightness of the chamber containing the liquid is achieved as follows: At the opening of the housing jacket by a fine elastic membrane 11 which is permeable to ultrasound and by means of a clamping ring 45 is held on a bearing projection provided with the window opening; between the cylinder jackets and the slider by a lip seal 25; and between the quartz crystal and the slider and between the Pressure piece for the spring 38 and the slider by ring seals 26, which are held in the bearing grooves of the slider are.

Die Anfüllung der Kammer erfolgt über eine Öffnung im Zylindermantel, die durch einen Gewindestopfen 33 mit einer Dichtmanschette 32 abgeschlossen ist. Die Kammer kann über die Schraubung des Druckstückes 12 im Gleitstück unter Druck gesetzt werden, wozu ein Schlüssel 14 verwendet werden kann, der durch Ausnehmungen im Boden 13 hindurchgesteckt wird.The chamber is filled through an opening in the cylinder jacket, which is closed by a threaded plug 33 with a sealing collar 32. The chamber can over the screwing of the pressure piece 12 in the slider can be put under pressure, for which purpose a key 14 is used can, which is inserted through recesses in the bottom 13 will.

Das Gleitstück ist in Höhe des Schwingquarzes mit einer Öffnung versehen, durch die hindurch die Zuführungsdrähte für den Schwingquarz geführt sind. Die Zuführungsdrähte sind an einen festen Abgriff an der Außenseite des Gehäusemantels angelötet. Am Ende des Gehäusemantels 41 ist ein Winkelstück 47 vorgesehen, dessen eine Seite auf einer Seite zur Bildung einer Gabel durchbrochen ist, die als Auflage für die Befestigung der Vorrichtung auf den Prüflingen dient. Die Befestigung des Winkelstückes 47 erfolgt durch eine Schraube 39, die eine Ausnehmung durchsetzt, welche eine Höheneinstellung ermöglicht.The slider is provided with an opening at the level of the quartz crystal, through which the lead wires can be passed for the quartz oscillator. The lead wires are soldered to a fixed tap on the outside of the housing shell. At the end of the housing jacket 41 is a Elbow 47 is provided, one side of which is perforated on one side to form a fork, which as Support for attaching the device to the test items is used. The angle piece 47 is fastened by a screw 39 which penetrates a recess which enables height adjustment.

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Der Spiegel 43 kann gegebenenfalls fortgelassen werden, wenn in Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispieles der Schwingquarz 40 so angeordnet wird, daß das piezoelektrische Teil einwandfrei gegenüber der Achse des Gleitstückes geneigt werden kann und in Richtung auf das Fenster ausgerichtet ist.The mirror 43 can optionally be omitted if in a modification of the present exemplary embodiment the quartz crystal 40 is arranged in such a way that the piezoelectric part is perfectly aligned with the axis of the slider can be tilted and oriented towards the window.

Weiterhin kann der Spiegel 43 auch durch ein Zusatzspiegelsystem 30 ersetzt werden, welches in Fig. 7 veranschaulicht ist. Dieses Spiegelsystem ermöglicht eine Einstellung oder Ausregelung der Ausrichtung der Einfallsebene der Wellen senkrecht zur Oberfläche des Prüflings oder zu einer Tangentenfläche an die Oberfläche des Prüflings 31 . Die Zusatzspiegel sind so angeordnet, daß sie einen Teil der an der Oberfläche des Prüflings reflektierten Energie in Richtung auf den als Sender und Empfänger dienenden Schwingquarz 40 leitet. Die Einstellung erfolgt dabei dadurch, daß die Ausrichtung gesucht wird, für die die reflektierte Energie, welche am Schwingquarz ankommt, ein Maximum ist. Da der von den reflektierten Wellen durchlaufene Schallweg größer ist als derjenige, der von den durch Streureflexion im Inneren des Prüflings zurückgeworfenen Schallwellen, sind die entsprechenden Echoimpulse bei der Darstellung auf dem Bildschirm einwandfrei getrennt.Furthermore, the mirror 43 can also be replaced by an additional mirror system 30, which is illustrated in FIG. 7 is. This mirror system enables the alignment of the plane of incidence of the waves to be adjusted or adjusted perpendicular to the surface of the test piece or to a tangent surface on the surface of the test piece 31. The additional mirror are arranged in such a way that they absorb part of the energy reflected on the surface of the test object Direction of the quartz oscillator 40 serving as transmitter and receiver. The setting takes place in that the alignment is sought for which the reflected energy that arrives at the quartz crystal is a maximum. Because the sound path traversed by the reflected waves is greater than that traversed by the scattered reflection Sound waves reflected inside the test object are the corresponding echo pulses in the display separated perfectly on the screen.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 8 wird die lokale Verlagerung des einfallenden Schallbündels durch eine konische Drehbewegung des Bündels erzielt.In the device according to FIG. 8, the local displacement of the incident sound beam is conical Rotational movement of the bundle achieved.

Diese Vorrichtung kann insbesondere bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 mit einer drehenden Verlagerung und einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 3 eingesetzt werden. Sie kann weiterhin mit einem äußeren zusätzlichen Meßfühler für die Verlagerung, beispielsweise einem Drahtmeßfühler, versehenThis device can in particular in an arrangement according to FIG. 1 with a rotating displacement and a Visualization according to FIG. 3 can be used. You can continue to use an additional external sensor for the Displacement, for example, a wire probe provided

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werden, um in der Anordnung gemäß Fig. 2 mit aus lokaler Drehung und translatorischer Verlagerung zusammengesetzter GesamtVerlagerung zusammen mit einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 4B eingesetzt werden.in the arrangement according to FIG. 2 with a combination of local rotation and translational displacement Total relocation together with a visualization can be used according to FIG. 4B.

Der Schwingquarz 50 ist in der Achse eines dichten zylindrischen Gehäusemantels 51 angeordnet, der in der aus Fig. 8, unten ersichtlichen Weise in einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 53 endet, der ein senkrecht zur Achse des Gehäusemantels ausgerichtetes Fenster besitzt.The quartz oscillator 50 is arranged in the axis of a tight cylindrical housing jacket 51, which is shown in the form shown in FIG. as can be seen below, ends in a frustoconical section 53 which is perpendicular to the axis of the housing jacket has aligned window.

Eine drehbewegliche Baugruppe mit zwei Reflexionsspiegeln für die Sendeimpulse des Schwingquarzes ist vor dem Schwingquarz angeordnet. Ein erster, mit 45 gegenüber der Achse des Schwingquarzes geneigter Spiegel reflektiert das Strahlenbündel radial auf einen zweiten, schräg zur Achse angeordneten Reflexionsspiegel, der zum Fenster der Vorrichtung hin reflektiert. Die beiden Spiegel sind in zwei Stahlstücken 57 bzw. 56 gefertigt, die zur Bildung eines Ringstückes zusammengefügt sind, welches in einer zylindrischen Stützbohrung 52 gehalten ist. Die Abstützung 52 ist am Läufer eines Motors 65 mit einer Hohlwelle befestigt, in dessen Achse sich der Schwingquarz 50 befindet. Diese Baugruppe wird im Inneren des zylindrischen Gehäusemantels mittels eines Rollenlagers 66 beweglich zentriert, welches die erforderliche Beweglichkeit spielfrei gewährleistet.A rotatable assembly with two reflecting mirrors for the transmission pulses of the quartz oscillator is arranged in front of the quartz oscillator. A first mirror, inclined at 45 relative to the axis of the quartz oscillator, reflects the beam radially onto a second reflection mirror, which is arranged obliquely to the axis and which reflects towards the window of the device. The two mirrors are made in two steel pieces 57 and 56, respectively, which are joined together to form an annular piece which is held in a cylindrical support bore 52. The support 52 is attached to the rotor of a motor 65 with a hollow shaft, in the axis of which the quartz oscillator 50 is located. This assembly is movably centered in the interior of the cylindrical housing jacket by means of a roller bearing 66 , which ensures the required mobility without play.

Die Vorrichtung ist zur Aufnahme von Kopplungsflüssigkeit für die akustische Kopplung zwischen dem Schwingquarz und dem Prüfling ausgelegt. Die Abdichtung ist folgendermaßen erzielt: im Bereich des Fensters durch eine feine elastische Membran 55, die für Ultraschallwellen durchlässig ist und durch einen Bundring 54 gehalten ist; und zwischen dem Schwingquarz und dem Gehäusemantel durch einen Dichtring 64,The device is for receiving coupling fluid for the acoustic coupling between the quartz oscillator and designed for the test object. The seal is achieved as follows: in the area of the window by a fine elastic Membrane 55 which is permeable to ultrasonic waves and is held by a collar 54; and between the Quartz crystal and the housing jacket by a sealing ring 64,

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der durch eine Mutter 58 verschraubt ist.which is screwed by a nut 58.

Die Druckbeaufschlagung der Kopplungsflüssigkeit zur Erzielung einer Verformung der Membran wird durch das Eindrücken des Schwingquarzes in die Vorrichtung bewirkt, wobei die Festlegung des Schwingquarzes durch Festspannen der Mutter 58 erfolgt.The application of pressure to the coupling liquid to achieve a deformation of the membrane is achieved by pressing in of the quartz oscillator in the device, the setting of the quartz oscillator by tightening the Mother 58 takes place.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 9 gestattet eine geradlinige translatorische Verlagerung des als Sender und Empfänger dienenden Schwingquarzes. Sie unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. 5 und 6 dadurch, daß sie eine Einrichtung zur integrierten Messung der Verlagerung der Sonde aufweist. Diese Vorrichtung wird daher vor allem in der Anlage gemäß Fig. 2 mit translatorischer Verlagerung und einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 4A eingesetzt.The device according to FIG. 9 allows a straight-line translational displacement of the transmitter and receiver serving quartz crystal. It differs from the device according to FIGS. 5 and 6 in that it is a device for integrated measurement of the displacement of the probe. This device is therefore mainly used in the System according to FIG. 2 with translational displacement and a visualization according to FIG. 4A used.

Der Schwingquarz 67 ist derart angeordnet, daß das piezoelektrisch wirksame Teil deutlich gegenüber der Achse der Vorrichtung geneigt ist, so daß eine schräge Einschalung erfolgt. Der Schwingquarz 67 ist im Inneren eines hohlen zylindrischen Gleitstückes 68 angeordnet, welches in einem zylindrischen Gehäusemantel 69 beweglich ist. Das Gleitstück 68 wird von Hand mittels eines Teiles 70 angetrieben, ■ welches vom Gleitstück umfaßt und mittels eines Stiftes gehalten wird. Ein Hohlstift 72, der am Gehäusemantel 69 befestigt ist, durchsetzt eine Doppelbohrung in dem Betätigungsstück 70 und verhindert so eine Drehbewegung der Baugruppe mit den Teilen 67, 68 und 70 um die Achse der Vorrichtung. The quartz oscillator 67 is arranged such that the piezoelectric effective part is clearly inclined with respect to the axis of the device, so that an inclined formwork he follows. The quartz oscillator 67 is arranged inside a hollow cylindrical slide 68, which is in a cylindrical housing jacket 69 is movable. The slider 68 is driven by hand by means of a part 70, ■ which is encompassed by the slider and held by means of a pin. A hollow pin 72 which is attached to the housing jacket 69 is attached, penetrates a double bore in the actuating piece 70 and thus prevents rotational movement of the assembly with parts 67, 68 and 70 around the axis of the device.

Die lineare translatorische Verlagerung der Teile 67, 68 und 70 wird mittels eines Wegmeßfühlers 73 erfaßt, der im Teil 70 durch ein Druckstück 74 festgespannt ist. Der bewegliche Stift des Wegmeßfühlers ist mittels eines StiftesThe linear translational displacement of the parts 67, 68 and 70 is detected by means of a displacement sensor 73, which in the Part 70 is clamped by a pressure piece 74. The movable pin of the displacement sensor is by means of a pin

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am Gehäusemantel der Vorrichtung befestigt, der als Bezugspunkt für die Position der Teile 67, 68 und 70 dient.attached to the housing shell of the device, which serves as a reference point for the position of the parts 67, 68 and 70.

Eine im Gleitstück 68 und im Gehäusemantel 69 vorgesehene Öffnung gestattet einen Durchtritt des Schallbündels, welches vom Schwingquarz erzeugt wird. Die Ausrichtung des Schwingquarzes ist mittels eines Stiftes 76 fixiert.An opening provided in the slider 68 and in the housing jacket 69 allows the sound beam to pass through is generated by the quartz crystal. The alignment of the quartz crystal is fixed by means of a pin 76.

Die Vorrichtung ist für eine Füllung des Mittelteiles mit einer Flüssigkeit zur akustischen Kopplung des Schwingquarzes mit der Oberfläche des Prüflinges ausgelegt. Die Abdichtung der Kammer für die Flüssigkeit erfolgt folgendermaßen: im Bereich der Öffnung des Gehäusemantels und des Gleitstückes mittels einer feinen elastischen Membran 77, die für Ultraschallwellen durchlässig ist und durch einen Klemmring 78 an einem Lagervorsprung verspannt ist, der zur Bildung des Fensters eine Öffnung aufweist; und zwischen dem Gehäusemantel und dem Gleitstück sowie zwischen dem Schwingquarz und dem Gleitstück durch Dichtringe 79.The device is for filling the middle part with a liquid for acoustic coupling of the quartz oscillator laid out with the surface of the test object. The sealing of the chamber for the liquid is carried out as follows: in the area of the opening of the housing shell and the sliding piece by means of a fine elastic membrane 77, which is permeable to ultrasonic waves and is clamped by a clamping ring 78 on a bearing projection, the has an opening to form the window; and between the housing jacket and the slider and between the quartz crystal and the sliding piece by sealing rings 79.

Die Füllung der Kammer erfolgt vom Ende des Gleitstückes aus, welches durch einen Schraubstopfen 80 abgeschlossen ist. Je nach dem, wie weit der Schraubstopfen 80 eingetrieben wird, kann eine Einstellung des Druckes im Inneren der Kammer und damit der konvexen Verformung oder Auswölbung der elastischen Membran 77 erfolgen. Die elektrische Verbindung des Schwingquarzes erfolgt über einen Abgriff 81, der mit Leitungsdrähten 82 mit einem Abgriff 83 verbunden ist, welcher auch die Klemmen für die Zuleitungen des Wegemeßfühlers aufnimmt.The chamber is filled from the end of the slide, which is closed by a screw plug 80 is. Depending on how far the screw plug 80 is driven in, an adjustment of the pressure inside the Chamber and thus the convex deformation or bulging of the elastic membrane 77 take place. The electrical connection of the quartz crystal takes place via a tap 81, which is connected to lead wires 82 to a tap 83, which is also the terminals for the leads of the displacement sensor records.

Die Vorrichtung weist Druckstücke 84 auf, mit denen sie auf geeignete Weise an der Oberfläche des Prüflings positioniert werden kann.The device has pressure pieces 84 with which it is positioned in a suitable manner on the surface of the test object can be.

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Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 10 erfolgt eine lokale Verlagerung des Ultraschallbündels durch eine konische Drehbewegung des Bündels. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. 8 im wesentlichen dadurch, daß sie eine Einrichtung zur integrierten Messung der Verlagerung des Schwingquarzes aufweist. Sie wird daher bevorzugt bei der Anlage gemäß Fig. 2 mit einer drehenden Verlagerung und einer Sichtbarmachung gemäß Fig. 4A eingesetzt.In the device according to FIG. 10, there is a local displacement of the ultrasound beam by means of a conical one Rotational movement of the bundle. This device differs from the device according to FIG. 8 essentially in that that it has a device for integrated measurement of the displacement of the quartz crystal. She will therefore preferably in the system according to FIG. 2 with a rotating displacement and a visualization according to FIG. 4A used.

Der Schwingquarz 85 wird in seiner Schräglage durch eine exzentrische Bohrung in einem zylindrischen Sondenträger 86 mittels einer Schraube 87 gehalten. Der Sondenträger ist in einem hohlen Gehäusemantel gelagert, der aus zwei Teilen 88 und 89 besteht, die durch eine Schraube 90 zusammengehalten werden und über ein Rollenlager 91 den Sondenträger drehbeweglich abstützen. Der Sondenträger dreht dabei um die Achse der Vorrichtung, so daß mit Rücksicht auf die Anordnung des Schwingquarzes im Sondenträger eine konische oder kegelmantelförmige Verlagerungsbahn der Strahlenbündel um die Achse der Vorrichtung entsteht.The quartz oscillator 85 is in its inclined position through an eccentric bore in a cylindrical probe carrier 86 held by means of a screw 87. The probe carrier is mounted in a hollow housing jacket, which consists of two parts 88 and 89 are held together by a screw 90 and a roller bearing 91 the Support the probe carrier so that it can rotate. The probe carrier rotates around the axis of the device, so that with consideration a conical or conical shell-shaped displacement path on the arrangement of the quartz oscillator in the probe carrier the bundle of rays arises around the axis of the device.

Die Bewegung des Schwingquarzes 85 und des Sondenträgers 86 wird von einem Rändelknopf 92 aus gesteuert, der an der Außenseite des Gehäusemantels angeordnet ist und mittels einer Schraube 93 über die Welle eines Potentiometers 94 mit dem Sondenträger verbunden ist und das Potentiometer 94 ist am Deckel 95 der Vorrichtung befestigt.The movement of the quartz crystal 85 and the probe carrier 86 is controlled by a knurled knob 92 which is attached to the Outside of the housing jacket is arranged and by means of a screw 93 over the shaft of a potentiometer 94 is connected to the probe carrier and the potentiometer 94 is attached to the cover 95 of the device.

Die Vorrichtung ist zur teilweisen Anfüllung mit einer Flüssigkeit zur akustischen Kopplung des Schwingquarzes und des Prüflings ausgelegt. Die Abdichtung wird aber folgendermaßen durchgeführt: im Bereich des Fensters durch eine feine elastische Membran 96, die für Ultraschallwellen durchlässig ist und durch einenBundring 97 sowie eine Ring-The device is to be partially filled with a liquid for acoustic coupling of the quartz crystal and the test item. The sealing is carried out as follows: in the area of the window a fine elastic membrane 96 which is permeable to ultrasonic waves and which is provided with a collar 97 and a ring

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dichtung 98 gehalten ist; im Bereich der Fuge zwischen den beiden Teilen 88 und 89 des Gehäusemantels durch eine Dichtung 99; und im Bereich der Welle des Sondenträgers 86 und des Oberteils des ßehäusemantels 89 durch eine Lippendichtung 100.seal 98 is held; in the area of the joint between the two parts 88 and 89 of the housing jacket by a seal 99; and in the area of the shaft of the probe carrier 86 and the upper part of the housing jacket 89 through a lip seal 100.

Die Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit zur Erzielung der Auswölbung der Membran erfolgt mittels einer Druckkolbenvorrichtung,, die aus den Teilen und Dichtungen 101 bis 106 besteht und deren Stellung durch Drehung am Teil 104 einstellbar ist.The pressurization of the liquid to achieve the bulge of the membrane takes place by means of a pressure piston device. which consists of the parts and seals 101 to 106 and their position by turning on part 104 is adjustable.

Der Schwingquarz 95 und das Potentiometer 94 sind durch zwei Abgriffe 107 und 108 elektrisch miteinander verbunden» die an der Außenseite des Gehäusemantels der Vorrichtung befestigt sind.The quartz oscillator 95 and the potentiometer 94 are electrically connected to one another by two taps 107 and 108 » which are attached to the outside of the housing shell of the device.

Im Rahmen der bevorzugten Anwendung zur Messung der Tiefe der gehärteten Randzone eines Stahlprüflinges werden die erläuterten Vorrichtungen vorzugsweise mit Ultraschall in den Frequenzen zwischen 5 und 20 MHz betrieben, wobei die Impulsfolge bei beispielsweise 2 kHz liegt. Um eine direkte Ablesung der Tiefe der Härtungszone zu ermöglichen, kann eine Eichung auf dem Bildschirm erfolgen, und zwar auf der Zeitachse des KathodenstrahlOszillographen, wozu an einem Eichprüfling mit bekannter Dicke ein Mehrfachecho der Druck— oder Longitudinalwellen erzeugt wird. Wenn anschließend die Messung durchgeführt wird und dabei verschiedene Einschäilungswinkel auftreten» muß lediglich ein Korrekturfaktor auf das Resultat der verherigen Eichung angewandt werden. Ein solcher Korrekturfaktor ist beispielsweise 0.4; 0,35; 0,3 für Einschalt, ungswink el von 18,5°; 21°; oder 23°, ^en& als Kopplungsflüssigkeit Wasser verwendet wird.In the context of the preferred application for measuring the depth of the hardened edge zone of a steel test specimen, the devices described are preferably operated with ultrasound at frequencies between 5 and 20 MHz, the pulse sequence being, for example, 2 kHz. To enable direct reading of the depth of the hardening zone, calibration can be carried out on the screen, specifically on the time axis of the cathode ray oscilloscope, for which purpose a multiple echo of the pressure or longitudinal waves is generated on a calibration test specimen of known thickness. If the measurement is then carried out and different scoring angles occur, only a correction factor needs to be applied to the result of the previous calibration. Such a correction factor is, for example, 0.4; 0.35; 0.3 for switch-on angle of 18.5 °; 21 °; or 23 °, ^ en & water is used as the coupling fluid.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt» ist die ErfindungAs the foregoing description shows, “is the invention

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nickt auf die dargestellten und erläuterten Ausführungs— beispiele beschränkt, sondern sind vielmehr vielfache Abhandlungen und Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.nods at the illustrated and explained execution examples, but rather multiple discussions and modifications are possible without the framework to leave the invention.

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Claims

Patent (protection) claims

.) A method for non-destructive testing of materials, in particular for measuring the depth of a hardened edge zone of a steel test piece, characterized in that an ultrasound beam is directed onto the surface of the test piece, that a regular shift of the ultrasound beam on the test piece is carried out under constant conditions, that the scattered echo radiation is detected from the test object and that the energies of the successive scattered echo pulses are made visible on a same receiver at least over a predetermined section of the displacement.

2. The method according to claim 1, characterized in that the beam at a constant oblique angle of incidence is directed onto the test object and the scattered echo pulses are measured at the same angle.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one local periodic shift in the vicinity of a central point is preferably carried out at a constant speed, namely especially a translatory reciprocating

Movement or a continuous rotation with the central point as the center.

4. The method according to claim 2 and 3, characterized in that the local displacement is a conical or conical shell-shaped Rotational movement of the beam results.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that

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that during the local shift on the same screen the changes in energy from the different successive transmission pulses resulting stray echo pulses are registered or stored.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that in a longitudinal direction parallel to the surface of the test object and preferably in the plane of the beam a continuous displacement of the beam is carried out at a preferably constant speed will.

7. The method according to claim 6, characterized in that the continuous longitudinal displacement is the displacement of a Zen— is the central point, in the vicinity of which the sound beam carries out a periodic local shift.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that that on a screen the energies of the scattered echo pulses above a predetermined threshold value can be made visible as a function of the longitudinal displacement of the bundle.

9. The method according to claim 8, characterized in that the screen of a cathode ray tube is used as the screen is and that the baffles for the light point on the one hand by one of the longitudinal displacement of the incident Beam proportional voltage and on the other hand controlled by a tilt generator for the incident waves and that the intensity of the light spot is modulated by the energy of the detected scattered echo pulses.

10. Device for non-destructive testing of materials, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, characterized by a transmitter for ultrasonic pulses, by a device (mirror 43; 56 »57;

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Inclination of the oscillating surface of the oscillating crystal 67; Angle of inclination O of the quartz crystal 85) for switching on under one oblique angle with respect to the surface of the test object (31) »by a receiver for the scattered echo pulses from the test object preferably at the same angle, the receiver and the transmitter using the same transducer (oscillating crystals 40; 50; 67; 85), and by means of a device for shifting the beam in relation to the test object while keeping the angle of curvature and the length constant the sound path between the transmitter and the surface of the test object *

11. The device according to claim 10, characterized in that a transmitter and / or receiver quartz oscillator (40; 50; 67; 85) or the like in a tight housing (41; 51; 69; 88, 89) connected to the test object through a contact window is provided, which with an acoustic coupling fluid such as water at least over the entire sound path between the quartz crystal and the window is filled.

12. The device according to claim 11, characterized in that the window is formed by an elastic membrane (11; 55; 77; 96).

13. Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that that the quartz oscillator (40; 67) or the like can be moved in a parallel to the window in a translatory manner in the housing (41; 69) Slider (42; 68) is held and that a device (23, 49, 24; 70, 71) for generating a back and forth forward movement of the slider is provided.

14. Apparatus according to claim 13, characterized in that inside the sealed device, an electric motor for driving a cam piece (49) and a pressure

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direction (spring 38) is provided to maintain contact between the slider (42) and the cam piece are.

15. Device according to claim 13 or 14, characterized in that that a sensor (73) is provided for the displacement of the slider (68).

16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized characterized in that a reflection mirror (e.g. 43; 30) mounted in the slider for aligning the beam is provided at an angle to the window.

17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that that at least one mirror surface for reflecting back a part of the on the test object (31) or the specimen surface reflected rays to the oscillating crystal (40) is provided.

18. Device according to one of claims 10 to 12, characterized characterized in that a rotatable reflection mirror system (56, 57) or a correspondingly inclined eccentric Arrangement of the quartz crystal (85) or the like is provided, which has a conical or conical displacement path of the sound beam with a path perpendicular to the test object Axis guaranteed.

19. Apparatus according to claim 18, characterized in that the assembly (56, 57) is rotatable relative to the axis of the quartz oscillator (50) and has a radially reflecting out Reflection mirror as well as a radially mirrored one Beams obliquely through the perpendicular to the axis of the Has oscillating quartz lying window specular reflection mirror.

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