DE2621223A1

DE2621223A1 - Verfahren zur ultraschalluntersuchung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2621223A1
Application number: DE19762621223
Authority: DE
Inventors: Richard Lewis; Michael John Parker
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-12-02
Also published as: US4068524A; JPS52485A; GB1543311A; FR2311301B1; FR2311301A1; IT1071279B

Description

Verfahren zur Ultraschalluntersuchung von Gegenständen

Die Erfindung betrifft die Ultraschalluntersuchung von Gegenständen mit regelmäßigen Flächen, beispielsweise von festen Knüppeln oder Metallrohren.

Hierzu sieht die Erfindung vor ein Verfahren zur Ultraschall-Untersuchung eines Gegenstandes durch Aussenden einer Folge von Ultraschallimpulsen in den Gegenstand, wobei für jeden ausgesandten Impuls durchgeführt wird eine elektrische Feststellung und Registrierung des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses, eine elektrische Feststellung und Registrierung mit einer

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vorbestimmten Verstärkung irgendwelcher als Anzeichen für Defekte, Fehler und Ungleichmäßigkeiten im Inneren des Gegenstandes reflektierter Impulse, eine elektrische Peststellung und Registrierung wiederum mit einer vorbestimmten Verstärkung mindestens des ersten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses, eine überwachung der

Amplituden des registrierten und von der Vorderfläche reflektierten Impulses und mindestens des ersten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses und eine fortlaufende Verstärkungssteuerung für nachfolgende Impulse in Abhängigkeit von der Amplitude des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses.

Mittels der Erfindung ist es möglich, Fehler und Ungleichmäßigkeiten im Inneren des Gegenstandes festzustellen, die reflektierte Impulse liefern, und auch Defekte festzustellen, die eine Dämpfung bzw. Schwächung der ausgesandten Impulse in einem solchen Grad bewirken, daß mindestens der erste von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierte Impuls bei annähernd konstanter Empfindlichkeit unter vorbestimmte Schwellwerte reduziert wird.

Die Amplitude des festgestellten und registrierten, von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses kann auf einem vorbestimmten Level mittels eines automatischen Verstärkungssteuerungssystem aufrecht gehalten werden, welches System auf den von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impuls und auf nachfolgende Fehler- und Rückflächenreflexionsimpulse zur Anwendung gebracht werden kann.

Die Verstärkungen können mindestens eine Einstufenverstärkung umfassen, die der automatischen Verstärkung überlagert ist und auf die nach dem von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impuls empfangenen reflektierten Impulse zur Anwendung gebracht.

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Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung werden die ersten und zweiten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulse mit vorbestimmten Verstärkungen.elektrisch festgestellt und registriert. In diesem Fall wird eine doppelte Stufenverstärkung zur Anwendung gebracht, d.h. eine erste Stufenverstärkung nach dem von der Vorderfläche reflektierten Impuls und eine zweite Stufenverstärkung nach dem ersten von der Rückfläche reflektierten Impuls. Zusätzlich kann eine Zeitverlängerungs-Auf laufverstärkung nach einer oder beiden Stufenverstärkungen zur Anwendung gebracht werden.

Die oder jede Stufenverstärkung kann derart ausgebildet sein, daß die Amplitude des bei fehlerfreiem Gegenstand ersten von der Rückfläche reflektierten Impulses oder der ersten und zweiten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulse der Amplitude des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses größenmäßig angepaßt wird.

Zur Erfindung gehört auch eine zur Durchführung des angegebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden zwei Ausführungsformen beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:

eine schematische Seitenansicht einer typischen Ultraschalluntersuchungsvorrichtung ,

eine unveränderte Ausgangssignal-Wellenform, wie sie in Verbindung mit einer Vorrichtung der Art gemäß Fig. 1 zu beobachten ist,

eine Ausgangssignal-Wellenform nach Veränderung mittels einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Verstälrkungswellenform der Art, die bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht wird,

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Fig. 5 ein Blockschaltbild für den Betrieb der Vorrichtung der Fig. 1 gemäß der ersten Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Ausgangssignal-Wellenform nach Veränderung mittels

einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 7 eine Verstärkungswellenform der Art, die bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht wird, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild für den Betrieb der Vorrichtung der Fig. 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Ultraschallwandler 1 unter senkrechtem Einfallswinkel zur Oberfläche eines Teststücks 2 angeordnet, und ist die Ultraschallenergie des Wandlers 1 an das Teststück mittels einer Wassersäule 3 angeschlossen.

Gemäß Fig. 1 wandert die von dem Ultraschallwandler 1 ausgesandte Schallwelle 4 nach unten durch die Wassersäule 3, und trifft die Schallwelle 4 auf die Oberfläche 5 des Teststücks auf. An dieser letztgenannten Zwischenfläche wird ein Teil 6 der Schallwellenenergie in das Zwischenstück 2 ausgestrahlt, und wird der restliche Teil 7 zurück nach oben durch die Wassersäule 3 in Richtung auf den Ultraschallwandler 1 reflektiert. Die in das Teststück 2 weitergegebene Schallwelle kann zur Feststellung von Ungleichmäßigkeiten, beispielsweise von Schichtungen, Loslösungen etc. verwendet werden, die in dem Teststück 2 vorliegen können. Bei automatischen Systemen wird das Wandlergerät über die Oberfläche 5 des Teststücks 2 bewegt, und wird der Ultraschallwandler 1 mit hoher Frequenz betrieben, was zu einer Reihe von Untersuchungspunkten auf der Oberfläche 5 des Teststücks 2 führt.

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Häufig ist das System auf eine bestimmte Empfindlichkeit mittels einer künstlichen Ungleichmäßigkeit 8 geeicht, die in eine Probe des Materials eingearbeitet ist, das dem zu untersuchenden ähnlich bzw. gleich ist. Diese künstliche Ungleichmäßigkeit 8 kann beispielsweise in einem eben endenden Loch mit 6 mm Durchmesser bestehen, das in die Unterseite des Teststücks gemäß Fig. 1 eingearbeitet ist. Die Empfindlichkeit der mit dem Ultraschallwandler 1 in Verbindung stehenden elektronischen Einrichtungen wird in Hinblick auf die Feststellung des glatt bzw. eben endenden Lochs eingestellt. Die Ultraschallwandlereinheit wird dann dem Teststück 2 zugestellt und an diesem entlang bewegt, und alle empfangenen Signale mit einer Amplitude größer als die als Standard dienende Amplitude des Signals der flach4ndenden Bohrung bewirken, daß das Teststück 2 zurückgewiesen oder zur Seite gelegt wird. Zusätzlich zu dieser Forderung nach Eichung ist es unter bestimmten Umständen erforderlich, die Amplitude des von der unteren Fläche 10 des Teststücks 2 reflektierten Echos zu überwachen und diese Echoamplitude als Maß der Dämpfung der Schallwellenausbreitung durch das Teststück 2 zu verwenden. Wenn diese Amplitude unter einem vorbestimmten Level von beispielsweise 12dB oder um einen vorbestimmen Level absinkt, wird das Teststück 2 wieder als fehlerhaft betrachtet. In diesem Fall kann der Verlust des Rückwandechos des Teststücks verstanden werden entweder als Zeichen für das.Vorliegen von Ungleichmäßigkeiten im Material, die die Ultraschallwelle verteilt und zerstreut haben, oder als Anzeichen für der. generellen Zustand des Produkts, der die in das Teststück eingeleitete Energiemenge reduziert hat.

Die mittels der Testeinrichtung der Fig. 1 erreichten Ultraschallsignale sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 stellen die gezeigten Signale in der Reihenfolge von links nach rechts

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dar den Sendeimpuls 11, der dem Augenblick entspricht, zu dem deijültraschallwandlar 1 erregt bzw. mit Energie versorgt wird, einen Impuls 12, der ausgeht von der Zwischenfläche zwischen der Wassersäule 3 und der Außenfläche 5 des Teststücks 2, möglicherweise einen Impuls 13, der von einer Ungleichmäßigkeit 8 in dem Teststück 2 ausgeht, einen Impuls 14, der das erste Rückwandecho des Teststücks 2 ist und der von der Unterseite des Teststücks 2 ausgeht, und einen Impuls 15, der dem zweiten Rückwandecho des Teststücks 2 entspricht. Dies letztgenannte Echo ist das Ergebnis von zwei Durchquerungen der einfallenden Schallwelle in jede Richtung durch das Teststück 2. Anschließende Echosignale werden von dem Ultraschallwandler 1 empfangen, die weiteren echoartigen Zurückwerfungen der auftreffenden Schallwelle sowohl im Teststück 2 als.auch in der Wassersäule 3 entsprechen. Eine geeignete Ausbildung der Wassersäulenlänge im Verhältnis zur Dicke des Teststücks 2 stellt sicher, daß die letztgenannten Echos die in Fig. 2 dargestellten Basis- bzw. Hauptechos nicht stören.

Unter typischen Untersuchungsbedingungen beruhen alle zusätzlichen Echosignale, die in dem Zeitintervall zwischen dem Wasser/Teststück-Zwischanflächenecho und dem ersten Rückwandecho des Teststücks auftreten, auf Ungleichmäßigkeiten im Inneren des Materials. Des weiteren wird eine Reduzierung der Amplitude des ersten Rückwandechos bewirkt entweder durch das Vorhandensein von Ungleichmäßigkeiten im Teststück oder infolge einer Änderung der in das Teststück eingeführten Energie.

Bei typischen Untersuchungsbedingungen kann das Teststück bis zu 100 mm dick sein und im heißen bearbeiteten Zustand vorliegen. Unter diesen letztgenannten Bedingungen wird häufig festgestellt, daß die Veränderung der Amplitude des ersten Rückwandechos im Berdch von 24dB liegt.

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Die Hauptursachen für die große Veränderung der Amplitude des ersten Rückwandechos liegen in erster Linie in der Rauhigkeit und der allgemeinen geometrischen Gestaltung der oberen und der unteren Fläche des Teststücks, in der Veränderung des Einfällwinkels des Ultraschalls, der/auf die Außenfläche des Teststücks auftrifft, infolge von Veränderungen in den mechanischen Einrichtungen des Systems, das zur Anordnung des Ultraschallwandlers dient und schließlich in der tatsächlichen Dämpfung innerhalb des Teststücks. Das Ergebnis dieser vorstehend genannten Effekte kann in der Erreichung einer Ultraschalluntersuchung im allgemeinen bei einer Empfindlichkeit bestehen, die viel geringer als die durch den tatsächlichen Eichungsstandard angegebene Empfindlichkeit ist.

Zum Versuch der Überwindung dieser Situation zur Anwendung gebrachte Techniken sehen wie folgt aus. Das Untersuchungssystem kann mit einer ciutomatisehen Verstärkungssteuerungsmöglichkeit ausgestattet sein, mit deren Hilfe das erste Rückwandecho .14 auf einer konstanten Amplitude gehalten wird, d.h. wenn sich die tatsächliche Amplitude dieses Echos verändert, wird die Verstärkung des Systems vergrößert oder verkleinert, so daß die beobachtete Amplitude des Echosignals konstant gehalten ist. Wenn diese Technik zur Anwendung gebracht wird, bedeutet dies, daß die Reduzierung des ersten Rückwandechos nicht direkt gemessen werden kann und zur überwachung der Dämpfung infolge des Materials die Amplitude des zweiten Rückwandechos 15 mitßem ersten Rückwandecho 14 verglichen wird.

Die vorstehend erläuterte Technik kann mit vertretbarem Erfolg unter bestimmten Umständen angewendet werden, jedoch können die nachfolgenden Nachteile bei der Untersuchung dickerer Proben, insbesondere in heißem bearbeiteten Zustand auftreten: 1. Bei dicken Teststücken, beispielsweise bis zu 100 mm, wird die Gesamtdämpfung der Ultraschallwelle in dem Material groß,

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und kann die Empfindlichkeit des Systems auf kleine geometrische Veränderungen zu einer erheblichen Schwierigkeit bei der Erreichung eines klaren zweiten Rückwandechos von dem Teststück führen.

2. In dem Fall von Gegenständen mit heißen bearbeiteten Flächen oder mit Flächen, deren örtliche Unglexchmäßxgkexten etwa 1/8 der Wellenlänge der untersuchenden Ultraschallwellen überschreiten, treten Störungseffekte auf, die fehlerhafte Angaben bzw. Kennzeichnungen der Dämpfung liefern können, wenn lediglich zwei aufeinander folgende Echoamplituden beobachtet werden, beispielsweise das zweite Rückwandecho im Vergleich ausschließlich zu dem ersten Rückwandecho.

3. Die zugelassene Dickenveränderung bei irgendwelchen heißen, bearbeiteten Produkten kann typischer Weise in der Größenordnung von -12,5% bis +15% liegen. Die Auswirkung hiervon besteht darin, daß die zeitliche Stellung des zweiten Rückwandechos in einem erheblichen Ausmaß sich verändern kann, daß die Stellung dieses Echos somit mittels eines elektronischen Tors geeigneter Weite beobachtet werden muß. Der Einfluß der Verwendung weiter elektronischer Zeittore bzw. -gatter ist ein ein zweifacher, nämlich daß erstens die Zeit, während der Defektechos beobachtet werden können, automatisch reduziert ist und daß zweitens die Möglichkeit von Mehrfachechos, die in dem zweiten Rückwandechotor auftreten, sehr viel größer ist. Dies verhindert dann die Annahme eines Verhältnisses zwischen dem tatsächlichen zweiten Rückwandecho und dem ersten Rückvrandecho.

4. In Verbindung mit der oben genannten Technik kann der Umstand eintreten, daß das erste Rückwandecho zunächst in seiner Amplitude infolge des Vorhandenseins eines kleinen Defekts in dem Teststück reduziert wird, jedoch die automatische Verstärkungssteuerungsmöglichkeit anschließend die Systemempfindlichkeit

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vergrößert, bis das erste Rückwandecho die vorbestimmte Amplitude erreicht. Dies bedeutet seinerseits, daß die Empfindlichkeit des Systems auf Defekte in dem Teststück vergrößert worden ist,und es ist jetzt möglich, daß der kleine Defekt, der ausreicht, das erste Rückwandecho zu dämpfen, der jedoch ursprünglich nicht ausreichte, ein Echo ausreichender Amplitude zur Triggerung der Einrichtung zu liefern, nach der Vergrößerung der Verstärkung, die durch die automatische Verstärkungssteuerungsmöglichkeit zur Anwendung gebracht worden ist, dann in seiner Echoamplitude jetzt vergrößert werden könnte auf einen Level, der ausreicht, daß Defekttor bzw. -gatter zu triggern, d.h. unter diesen Umständen ist jetzt ein sehr kleiner Defekt infolge einer Überempfindlichkeit des Systems festgestellt worden. Die überempfindlichkeit beruht auf dem Verfahren der Anwendung der automatischen Verstärkungssteuerung.

Der nachfolgende Teil beschreibt die durch die vorliegende Erfindung geschaffenen neuen Techniken, die in großem Ausmaß die im vorausgehenden Beschreibungsteil angegebenen Nachteile ausschalten. Der Hauptunterschied zwischen der neuen Technik und den bekannten Techniken besteht in der Verwendung des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos als Teil der automatischen Verstärkungssteuerungsmöglichkeit. Die erste Ausführungsform der Fig. 3 bis 5 überwacht das erste Rückwandecho lediglich des Gegenstandes und ist insbesondere anwendbar in Verbindung mit sehr dicken Proben, bei denen das zweite Rückwandecho nicht stets leicht festgestellt wird.

Versuche haben gezeigt, daß durch geeignete und vernünftige Auswahl des Ultraschallwandlerdurchmessers und der Frequenz und auch der Wassersäulenlänge und des zugehörigen Durchmessers

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die Möglichkeit zur Erreichung einer Korrelation zwischen der Amplitude des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos und der in das Teststück eingeführten Energie besteht. Nach der Erreichung dieser Korrelation wird die erste Ausführungsform des neuen Systems in der nachfolgenden Weise betrieben. Fig. zeigt die drei elektronischen Zeittore, die von dem System geschaffen werden. Das Tor 16 überwacht die Amplitude des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos, das Tor 17 überwacht die Amplitude des ersten Rückwandechos, und das Tor 18 überwacht die Amplitude der Echosignale, die vom Inneren des Teststücks infolge von Ungleichmäßigkeiten ausgehen. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Grenzen des Tors 18, des Defektechotors, vom Ende des Tors 16 und vom Beginn des Tors 17 festgesetzt sind. Die Tore 16 und 17 sind verhältnismäßig kurzzeitige Tore und gerade ausreichend, die entsprechenden Echosignale zu umfassen.

In der Praxis wurde festgestellt, die absolute Amplitudendifferenz zwischen dem Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho und dem ersten Rückwandecho dazu tendiert,, in der Größenordnung von 2OdB zu liegen. Diese Ausführungsform erfordert ursprünglich, daß diese beiden letzirenannten Signale in ihrer Amplitude elektronisch egalisiert werden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, wo das Wasser/ Teststück-Zwischenflächenecho 19 und das erste Rückwandecho wie an der visuellen Darstellungseinheit dargestellt, jetzt die gleiche Amplitude besitzen. Dies wird mittels einer Stufenverstärkungscharakteristik erreicht, die die Verstärkung um das erforderliche Maß am Ende des Zeittors 16 verändert. Dies ist bei 21 in Fig. 4 dargestellt. Für einen gegebenen Untersuchungszustand existiert eine maximal erreichbare Amplitude sowohl des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos 19 als auch des ersten Rückwandechos 20, und diese sind unverfälscht durch die geometrischen Verhältnisse dieses Falls bestimmt. Die Größe der Stufenänderung 21 der Verstärkungscharakteristik wird eingestellt, bis die maximalen Amplituden sowohl des Wasser/Teststück-Zwischen-

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flächenechos als auch des ersten Rückwandechos gleich sind. Typischerweise sind diese Amplituden durch vorgestellte Level angegeben, die auf dem Bildschirm der visuellen Darstellungseinheit markiert sind, wie bei 22 und 23 in Fig. 3 gezeigt ist. In der/traxis wird dieser Zustand bei Entlangbewegung der Ultraschallwandlereinheit über der Oberfläche eines typischen Teststücks erreicht. Es ist ganz leicht, die maximalen Amplituden der beiden betreffenden Echos zu beobachten.

Die automatische Verstärkungssteuerung der Systemempfindlichkeit wird dann dadurch erreicht, daß entweder das Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho 19 oder das erste Rückwandecho 20 auf der maximalen Amplitude, bestimmt durch die ursprüngliche Festsetzung, gehalten wird, in^dem die Gesamtverstärkung des Systems eingestellt wird. Somit besteht der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform der Erfindung und den vorbekannen Techniken darin, daß bei den vorbekannten Techniken das erste Rückwandecho stets auf einer maximalen Amplitude gehalten wird, während bei dem neuen System entweder das Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho 19 oder das erste Rückwandecho 20 auf maximaler Amplitude gehalten wird. Diese Technik ist möglich infolge der zwischen dem Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho und dem ersten Rückwandecho erreichten Korrelation und bedeutet grundsätzlich, daß die automatische Verstärkungssteuerungsmöglichkeit durch das Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho und nicht das erste Rückwandecho zur Anwendung gebracht wird. Diese Technik vermeidet die bei den früheren Verfahren der Anwendung der automatischen Verstärkungssteuerung aufgetretenen Probleme und ermöglicht eine einfachere Messung der erreichten Dämpfung des ersten Rückwandechos in dem Teststück. Beispielsweise wird ein 12dB Abfall in dem ersten Rückwandecho gemessen im Verhältnis zu dem Wasser/Teststück- '

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Zwischenflächenecho jedoch unter Verwendung der automatischen Verstärkungssteuerung, die bei 24 in Fig. 3 dargestellt ist. Bei vorbekannten Systemen wurde diese Messung durch Vergleich des zweiten Rückwandechos mit dem ersten Rückwandecho durchgeführt.

Um das System für die Feststellung einer künstlichen Ungleichmäßigkeit zu eichen, beispielsweise für die Feststellung einer flach endenden Bohrung, wird der Ultraschallwandler über den Eichungsstandard hinweggeführt, und wird der Trigger level des Tors 18 eingestellt, bis das Echo 26 des Eichungsstandards ausreicht, den Torausgang zu triggern (vgl. Fig. 3). Diese Verfahrensweise ist mit üblichen Verfahrensweisen identisch. Jedoch bedeutet das Vorhandensein der automatischen Verstärkungssteuer ungsmöglichkeit, daß es nicht notwendig ist, den Eichungsstandard in einem perfekten Musterstück herzustellen. Die Richtigkeit dieses Sachverhalts ist bestätigt worden als eine Folge von Messungen an einer Serie von gleichen künstlichen Defekten, die in einer Vielzahl von Stellungen an Teststücken vorgesehen worden sind. Diese Messungen zeigten eine lineare Beziehung zwischen der Amplitude eines Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos und der Amplitude des von der künstlichen Ungleichmäßigkeit ausgehenden Signals.

Eine zusätzliche bei dem neuen System vorgesehene Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Auflaufverstärkungscharakteristik unmittelbar im Anschluß an die Stufenveränderung der Verstärkung, wie dies bei 27 in Fig. 4 dargestellt ist. Die Auflaufverstärkungscharakteristik ermöglicht die Veränderung der Amplitude des ersten Rückwandechos infolge ausschließlich von Veränderungen der zu kompensierenden Teststückdicke. Eine zweite zusätzliche Möglichkeit besteht in der automatischen Anordnung des Endes des Tors 18 und des Beginns des Tors 17. Diese letztgenannte Einstellung wird mittels einer Messung der Teststückdicke erreicht, unmittelbar

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bevor der einen Defekt suchende Ultraschallwandler über das

Teststück geführt wird, und führt zu einer maximalen Weite des ein Defektecho suchenden Tors 18 während einer Untersuchung.

Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, kann ein zur Verwendung im Rahmen der Erfindung vorgesehener Wandler einen Durchmesser zwischen 6 mm und 20 mm bei einer Arbeitsfrequenz zwischen 1 MHz und 5 MHz besitzen. Die Wassersäulenlänge kcinn bis zu 80 mm betragen, und der Wassersäulendurchmesser liegt zwischen 8 mm und 24 mm. Bei einem besonderen Beispiel zur Verwendung in Verbindung mit der Untersuchung von Proben mit 6 Zoll Durchmesser und mehr hat der Wandler einen Durchmesser von 15 mm bei einem Betrieb mit 2 MHz und einer Wassersäule von 37,5 mm Länge und 18 mm Durchmesser.

Entsprechend der in Fig. 5 dargestellten Betriebsschaltung steuert ein Steueroszillator 28 den Betrieb eines Senders 29, der/seinerseits die Untersuchungsondeneinheit 30 in Betrieb setzt. Die Echosignale der Sondeneinheit 30 werden mittels eines Empfängers 31 behandelt und an eine Triple toreinheit 32 weitergegeben, die von dem Steueroszillator 28 gesteuert wird und drei Ausgänge AB,C besitzt, nämlich für die Zwischenülächenechosignale, die Defektechosignale und die ersten Rückwandsignale. Die Ausgänge A und C stehen mii?einem Vergleicher 33 in Verbindung, wo die gesamte Ausgangsspannung der automatischen Verstarkungssteuerung in Abhängigkeit entweder von dem größeren der Ausgangssignale bei A und C oder dem Ausgangssignal A ausschließlich anliegt. Gleichzeitig erzeugt der von dem Steueroszillator 28 gesteuerte Generator Signale, die den Abfall bzw. die Neigung, die Stufe, die Zeitstellung und die Amplitude der Stufen- und Auflaufverstärkung steuern. Die Signale des Vergleichers 33 und des Generators v/erden in einer Additionsstufe 35 kombiniert, deren Ausgang mit dem Empfänger 31 zu Steuerungszwecken in. Verbindung steht»

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Wie oben bereits angegeben v/urde, werden die Signale des Empfängers 31 der Toreinheit 32 zugeführt, die Ausgangsspannungen A, B, C proportional den Amplituden der Zwischenflächenechosignale, der Defektechosignale und der ersten Rückwandechosignale liefert. Diese Ausgangsspannungen werden einer Darstellungseinheit 36 zugeführt. Der Defektausgang steht mit einer Defektecho-Behandlungseinheit 55 in Verbindung, wo die Echoamplitude diskriminiert wird. Wenn eine vorbestiminte Defektecho amplitude überschritten wird, wird eine Ausgangsleistung einem System 53 für aufeinaderfolgende Schüsse zugeführt. Diese letztgenannte Einheit 53 ermöglicht die Messung der Dauer eines Defektechos, und bei Überschreitung einer vorbestimmten Dauer wird ein endgültiges Defektausgangssignal gebildet.

Das erste Rückwandausgangssignai der Toreinheit 32 wird einer Dämpfungsmessungseinheit 51 zugeführt, die von dem Steueroszillator 28 gesteuert ist, und wo die Dämpfung des ersten Rückwandechos im Verhältnis zu dem Zwischenflächenecho gemessen wird. Typischerweise wird ein Ausgangssignal der Einheit 51 erreicht, wenn das erste Rückwandecho um.beispielsweise 12dB gedämpft wird. Ausgangssignale von der Einheit 51 an das System für aufeinanderfolgende Schüsse werden hinsichtlich der Dauer wie bei Defektechosignalen eingeschätzt und ein abschließendes Ausgangssignal wird gebildet.

Die zweite dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform (Fig. 6 bis 8) überwacht sowohl die ersten als auchüie zweiten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulse (9 und 54 in Fig. 1), ist im übrigen der ersten Ausführungsform ähnlich, weshalb in den Figuren für entsprechende Teile gleiche Bezugszahlen verwendet worden sind.

Fig. 6 zeigt drei elektronische Zeittore, die von dem System erzeugt werden.. Das Tor 16 überwacht die Amplitude des Wasser/Test-

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η r- <*. λ / G

0 Sj 3 d 4 S

stück-Zwischenflächenechos, das Tor 40 ist ein Doppeltor und überwacht die Amplitude der ersten und zweiten Rückwandechos, und Tor 18 überwacht die Amplitude der Echosignale, die aus dem Inneren des Teststücks infolge von Ungleichmäßigkeiten ausgehen. Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß die Grenzen das Tors 18,

den

des Defektsignaltors, durch das Ende des Tors 16 und/Beginn des Tors 40 festgesetzt sind. Das Tor 16 ist ein verhältnismäßig kurzzeitiges Tor und reicht gerade aus, das Zwischenflächenecho zu erfassen.

In der Praxis ist festgestellt worden, daß die absolute Amplitudendifferenz zwischen dem Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho und dem ersten Rückwandecho dazu tendiert, in der Größenordnung von 2OdB zu liegen, und daß die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rückwandecho dazu tendiert, in der Größenordnung von 1OdB zu liegen. Das System macht es zunächst erforderlich, daß diese drei Echosignale in ihrer Amplitude elektronisch egalisiert werden. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, wo das Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho 19 und das erste und das zweite Rückwandecho 20 bzw. 41 wie dargestellt auf der visuellen Darstellungseinheit die gleiche Amplitude besitzen. Diese wird erreicht mittels einer Stufenverstärkungscharakteristik, die die Verstärkung um die erforderlichen Größen am Ende des Zeittors 16 und in der Mitte 42 des Tors 40 verändert. Dies ist bei 21 und 43 in Fig. 7 dargestellt. Für einen gegebenen Untersuchungsfall besteht eine maximal erreichbare Anplitude des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos 19 und des ersten und des zweiten Rückwandechos 20 bzw. 41, und diese sind unverfälscht durch die geometrischen Verhältnisse des Falls bestimmt. Die Größe der Stufenveränderungen 21 und 43 der Verstärkungscharakteristiken werden eingestellt, bis die maximalen Amplituden sowohl des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos als auch des ersten und des zweiten Rückwandechos gleich sand. Typischerweise sind diese Amplituden durch zuvor festgesetzte Level gekennzeichnet, die auf dem Bildschirm der optischen Darstellungs-

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einheit markiert sind, wie bei 22, 23 und 44 in Fig. 6 dargestellt ist.

Die automatische Verstärkungssteuerung der Systemempfindlichkeit wird dann durch Aufrechterhaltung des Wasser/Teststück-Zwischenflächenechos 19 bei der maximalen Amplitude gemäß 22 in Fig. 6 erreicht.

Diese zweite Ausführungsform besitzt den gleichen Vorteil und den gleichen Unterschied wie die erste Ausführungsform gegenüber den vorbekannten Techniken und des weiteren den Vorteil, daß für Dämpfungsmessungen die Amplituden des ersten und des zweiten Rückwandechos überwacht werden. Beispielsweise wird ein Abfall von 12dB sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Rückwandecho gegenüber dem Wasser/Teststück-Zwischenflächenecho gemessen, jedoch unter Anwendung der automatischen Verstärkungssteuerung, wie bei 24 und 45 in Fig. 6 dargestellt. Wie die erste Ausführungsform so besitzt auch die zweite Ausführungsform AuflaufverStärkungscharakteristiken 46 und 47 (Fig. 7),die unmittelbar an die Verstärkungsstufenveränderungen 21 und 43 anschließen, und auch&ine automatische Anordnung des Endes des Tors 18 und des Beginns des Tors 40 (Fig. 6).

Entsprechend dem Betriebsschaltbild der Fig. 8 steuert ein Steueroszillator 28 den Betrieb eines Senders 29, der.seinerseits die Untersuchungssondeneinheit 30 in Betrieb setzt. Die Echosignale der Sondeneinheit 30 werden von einem Empfänger 31 aufgenommen und einer Toreinheit 48 zugeführt,die von dem Steueroszillator 28 gesteuert ist und vier Ausgänge A,B,C1 und C2 für die Zwischenflächenechosignale, die Defektechosignale und das erste und das zweite Rückwandechosignal besitzt. Die Ausgänge A und C1 sind an dem Vergleicher 33 angeschlossen und entweder wird das größere der Signale A und C1 oder ausschließlich das Signal A einem Ver-

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stärker der automatischen Verstärkungssteuerung zügeführt,und der gesamte Verstärkungslevel hierdurch eingestellt. Gleichzeitig erzeugt ein von dem Steueroszillator 28 gesteuerter Generator 50 Signale, die den Abfall bzw. die Neigung, die Zeitstellung die Amplituden der Verstärkungsstufen steuern. Defektausgangssignale der Toreinheit 48 werden wie bei der ersten Ausführungsform der Darstellungseinheit 36, der Defektechobehandlungseinheit 55 und dem System 53 für aufeinanderfolgende Schüsse zugeführt. Die ersten und zweiten Rückwandausgangssignale Cl und C2 der Toreinheit 48 werden einer Dämpfungsmessungseinheit 51 zugeführt, die von dem Steueroszillator 28 gesteuert ist. Die Dämpfungsmessungseinheit mißt gleichzeitig die Dämpfung des ersten und des zweiten Rückwandechosignals im Verhältnis zum Zwischenflächenechosignal. Typischerweise wird eine Ausgangsleistung der Einheit erreicht, wenn das erste und das zweite Rückwandechosignal gleichzeitig um beispielsweise 12dB oder mehr gedämpft werden» Die Dauer der Ausgangsleistung bzw. des Ausgangssignals der Einheit 51 wird von dem System 53 für aufeinanderfolgende Schüsse wie bei der ersten Ausführungsform geschätzt.

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Claims

Patentan s ρ r ü c h e

1.) Verfahren zur Ultraschalluntersuchung eines Gegenstandes durch Aussenden einer Folge von Ultraschallimpulsen in den Gegenstand, gekennzeichnet durch die nachfolgend angegebenen Schritte für jeden ausgesendeten Impuls: elektrische Feststellung und Registrierung d^.s von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses, elektrische Feststellung und Registrierung mit einer vorbestimmten Verstärkung irgendwelcher als Anzeichen für Fehler und Ungleichmäßigkeiten im Inneren des Gegenstandes reflektierten Impulse,

elektrische Feststellung und Registrierung wiederum mit einer vorbestimmten Verstärkung mindestens des ersten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses, Überwachung der Amplituden des registrierten und von der Vorderfläche reflektierten Impulses und mindestens des ersten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses und
fortlaufende Verstärkungssteuerung für nachfolgende Impulse in Abhängigkeit von der Amplitude des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- · net, daß die Amplitude des festgestellten und registrierten, von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses auf einem vorbestimmten Level mittels eines automatischen Verstärkungssteuerungssystems gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das automatische Verstärkungssteuerungssystem auf den von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impuls und auf nachfolgende Fehler- und Rückflächenreflexionimpulse zur Anwendung gebracht wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen mindestens eine Stufenverstärkung umfassen, die der automatischen Verstärkung überlagert ist und auf die nach dem von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten impulsyäref lektierten Impulse zur Anwendung gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenverstärkung eine solche ist, daß die Amplitude des bei fehlerfreiem Gegenstand ersten von der Rückfläche reflektierten Impulses der Amplitude des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses größenmäßig angepaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstärkungen für nachfolgende Impulse steuernde Amplitude entweder von dem von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impuls oder von dem ersten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impuls genommen wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulse mit vorbestimmten Verstärkungen elektrisch festgestellt und registriert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Stufenverstärkung auf die nach dem von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten impuls reflektierten Impulse und die zweite Stufenverstärkung auf die nach dem ersten von der Rückfläche reflektierten Impuls reflektierten Impulse zur Anwendung gebracht wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stufenverstärkungen solche sind, daß bei fehlerfreiem Gegenstand die Amplituden der ersten und zvzeiten von der Rückfläche des Gegenstandes reflektierten Impulse der Amplitude des von der Vorderfläche des Gegenstandes reflektierten Impulses größenmäßig angepaßt werden.

0O. Verfahren nach Anspruch 4, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zeitverlängerungs-Auflaufverstärkung nach der oder jeder Stufenverstärkung zur Anwendung gebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Stufenverstärkung und die oder jede Auflaufverstärkung fortlaufend einstellbar ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.

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