DE2623893B2 - Verfahren zur Durchführung des digitalen Tiefenausgleichs bei der Ultraschall-Prüfung und Ultraschall-Priifeinrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

250 ns Amplituden-Korrekturwerte abgespeichert werden. Innerhalb der Auswertblende wird die maximale Ultraschall-Amplitude und deren Laufzeit abgespeichert. Die so erhaltenen Laufzeitwerte werden zu Adressen kodiert und mit diesen kodierte.! Adressen werden die Korrekturwerte aus der Tabelle abgerufen und den entsprechenden maximalen Amplitudenwerten hinzugerechnet. Dieses Verfahren und die danach arbeitenden bekannten Geräte bieten die Möglichkeit, getrennle Korrekturtabellen für Fehler- und Rückwandechoanzeigen abzuspeichern und die Tabellen über die Blendenadresse anzusprechen.

Alle bekannten Verfahren des digitalen Kennlinienausgleichs besitzen den Nachteil, daß die Amplitudenwerte innerhalb der Blenden zu einem Maximalwert verdichtet werden und die Kennlinien-Korrektur nur an diesem Wert vorgenommen wird. Dabei findet der Umstand keine Berücksichtigung, daß eine laufzeitmäßig anders liegende Ultraschall-Anzeige mit niedrigerer Amplitude, für die ein größerer KorrekturWi.rt berücksichtigt werden müßte, tatsächlich größer sein würde als der korrigierte Maximalwert. So werden z. B. bei Verwendung von üblichen SE-Prüfköpfen die Fehleranzeigen bei Blechdicken unter 10 mm durch die bekannten Verfahren des digitalen Tiefenausgleichs falsch korrigiert. Sobald der Abstand des Reflektors vom SE-Prüfkopf kleiner ist als der halbe, durch den Dachwinkel der beiden Schwinger abgegebene Fokusabstand, nimmt die Intensität der Reflexionen, d. h. deren Amplitudenhöhe, zunächst zu, bis sie bei Laufzeiten, die größer sind als die dem Fokusabstand entsprechenden Laufzeiten, wieder abnehmen. Trotz der sich überlagernden Schallschwächung ist die Amplitudenhöhe z. B. der zweiten Reflexion, höher als die der ersten. Würde man die Amplitude der ersten und der zweiten Reflexion nach der Prüfkopfkennlinie korrigieren, so wäre die korrigierte Amplitude der ersten Reflexion größer als die der zweiten. Bei den nach den bekannten Verfahren arbeitenden Geräten sind andere Werte als die Maximalwerte vor der Korrektur nicht verfügbar.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren des digitalen Kennlinienausgleichs bzw. der nach diesen Verfahren arbeitenden Geräte liegt darin, daß die digitalen Werte nicht mehr als analoges Fehlerbild auf einem Kathodenstrahlrohr sichtbar gemacht werden können. Es wird nur die analoge, verstärkte, aber noch nicht korrigierte Echoanzeige dargestellt. Die Registrierschwellen werden hingegen durch Vergleich der korrigierten digitalen Amplitudenwerte angesteuert. Gleich große korrigierte Amplitudenwerte setzen jedoch nicht gleich große unkorrigierte Amplitudenwerte voraus. Da nur die unkorrigierten Amplitudenwerte angezeigt werden, ergibt sich für den Betrachter der Anzeigen das verwirrende Bild, daß Anzeigen unterschiedlicher Höhe zum Ansprechen der Registrierschwellen führen.

Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, zur Vermeidung der Fehler der bekannten Verfahren zum Tiefenausgleich und der nach diesen Verfahren arbeitenden Geräte ein universell anwendbares Verfahren zum Tiefenausgleich bei der Ultraschall-Prüfung zu schaffen, bei dem eine Fehlbewertung der Meßwerte ausgeschlossen ist, sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Prüfeinrichtung, die dieses Ziel mit verringertem appartiven Aufwand erreicht.

Die Erfindung geht von einem Verfahren aus, bei dem von den Prüfköpfen empfangene Ultraschall-Signale gemessen und in logarithrniene binare Amplitudenwerte mit diesen zugeordneten binaren Laufzeitwerten mit Takt-Blenden-Adressen gewandelt werden, die für den Zugriff auf einen oder mehrere Tabellenspeicher benutzt weiden in denen der IVkt-Blenden-Adresse entsprechend dem nach einer oder mehreren Kennlinien erfolgenden Tiefenuusgleich Amplituden-Korrekturwerte zugeordnet sind, die /ur Korrektor der ermittelten binären Amplitudenwerte abgerufen werden, und bei dem eine Bewertung der Amplituden durchgeführt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Korrektur der ermittelten binären Amplitudenwerte für sämtliche zeitlich nacheinander einlaufende Amplituden-Mcßwer-Ie ohne Vorverdichtung und die Bewertung der Amplituden-Meßwerte erst nach erfolgter Korrektur durchgeführt wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Ultraschall-Prüfeinrichtung mit einer Meßwerterfassungseinheit zum Ausgeben der Amplituden und Laufzeiten von Ultraschall-Signalen sowie der den Laufzeitwerten zugeordneten Takt-Blenden-Adressen sowie mit mindestens einem Tabellenspeicher zur Abspeicherung von Amplituden-Korrekturwerten, weiterhin mit einer Recheneinheit, in der zu den Amplitudenwerten die digitalen Amplituden-Korrekturwerte addiert oder subtrahiert werden, die mittels eines Adressen-Decoders aus dem zugeordneten Tabellenspeicher für entsprechende Amplituden-Korrekturwerte abgerufen werden, sowie mit einer Bewertungseinheit, in der die Amplitudenwerte und die Laufzeitwerte bewertet werden.

Eine solche Ultraschall-Prüfeinrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem schnellen Addierer ausgestattete Recheneinheit unmittelbar der Meßwerterfassungseinheit und die Bewertungseinheit, in der die korrigierten Amplitudenwerte mit den ihnen zugeordneten Laufzeitwerten gemäß einem für das jeweilige Prüfproblem vorgegebenen Prüfprogramm bewertet werden, der Recheneinheil nachgeschaltet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine beispielsweise Ausführungsform einer Prüfeinrichtung gemäß der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine Blockschaltbild einer Prüfeinrichtung und

Fig. 2 und 3 sind Kennlinien von Ultraschall-Signalen.

Die von den Ultraschall-Prüfköpfen abgegebenen Ultraschall-Signale werden in einer Ultrschall Meßwerterfassungseinheit 2 erzeugt, die auch die von den Ultraschallprüfköpfen 1 empfangenen Signale erfaßt. In der Einheit 2 werden die empfangenen Ultraschall-Signale gemessen, logarithmiert und in binäre Amplitudenwerte umgewandelt, die ohne Vorverdichtung zusammen mit den dazu gehörenden binären Laufzeitwerten LZB und mit den zugeordneten Takt Blenden-Adressen ausgegeben werden. Die Laufzeitabhängigen Ultraschall-Signale entsprechen beispielsweise den in F i g. 2 dargestellten Kennlinien 3 und 4. Aus diesen sind die gewünschten korrigierten Kennlinien dadurch zu erhalten, daß ihren Werten die dem Abstand zwischen den Werten der Kennlinien 3 bzw. 4 und der gestrichelt gezeichneten, korrigierten Kennlinie entsprechenden Korrekturwerte UST hinzugerechnet werden. Diese Korrekturwerte UST sind in einem adressierbaren Tabellenspeicher 5 (z. B. einem Festwertspeicher)

abgespeichert. Sie können mittels der binären Laufzeitadressen mit einer Laufzeitunterteilrng von /.. B. 133 ns aus dem Speicher 5 abgerufen werden.

Der Meßwerlerfassungseinheit 2 ist ein schneller Addierer 6 nachgeschaltet. Ihm werden die logarithmiertcn. binären Ultraschall-Amplitudenwerle USB zugeleitet, die in ihm durch Hinzurechnung der mittels der Takl-Blenden-Laufzeit-Adressen aus dem Speicher 5 abgerufenen Korrekturwerte UST zu korrigierten, binären Amplitudenwerten USK verarbeitet werden. " die vom Addierer 6 zur weiteren Verarbeitung und Bewertung ausgegeben werden.

In einem dem Addiererb nachgeschaltcten Maximalwerispcicher 7 werden aus den zugeführten korrigierten Amplitudenwerten USK blendenabhängig mehrere i'j Maximalwerte USKM für jeden Takt gespeichert und bei Blendenende mit zugeordneter Takt-Blenden-Adresse ausgegeben.

I.in dem Addierer nachgeschallctcr Digital-Analog-W andlei 8 dient zur Erzeugung eines in ununterbroche- M ner zeitlicher F^?olge anstehenden analogen, korrigierten Ultraschall-Signals USKA und zur Abbildung desselben aus einem Kathodenstrahlrohr, was eine den Kennlinien 9,10 entsprechende Darstellung ergibt.

Weiterhin kann ein (nicht dargestellter) Laufzeitspeicher dem Addierer nachgeschallel sein, in dem die den korrigierten, maximalen Ampliludenwerten zugeordneten Laufzeitwerte abgespeichert und bei Blendenende mit zugeordneter Takt-Blcnden-Adrcsse ausgegeben werden.

Im Tabellenspeicher 5 können mehrere Tabellen abgespeichert werden, deren Zuordnung mittels einer Takt-Blendcn-Adresse erfolgt. Durch diese Maßnahme reicht es aus, eine Meßwerterfassungseinheit mit einem zentralen Hauptvcrstärker für mehrere, verschiedenen Takten zugeordnete Prüfköpfe mit unterschiedlichen Kennlinien einzusetzen. Dabei können innerhalb eines Taktes in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Blendcnadrcssen unterschiedliche Kennlinienkorrekturen durchgeführt werden.

Hierzu I Bliili /eichiiinmen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung des digitalen Tiefenausgleichs bei der Ultraschallprüfung, bei dem von den Prüfköpfen empfangene Ultraschall-Signale gemessen und in logarithniierte binäre Amplitudenwerte mit diesen zugeordnete binären Laufzeitwerten mit Takt-Blenden-Adressen gewandelt werden, die für den Zugriff auf einen oder mehrere Tabellcnspeicher benutzt werden, in denen der Takt-Blenden-Adresse entsprechend dem nach einer oder mehreren Kennlinien erfolgenden Tiefenausgleich Amplituden-Korrekturwerte zugeordnet sind, die zur Korrektur der ermittelten binären Amplitudenwerte abgerufen werden, und bei dem eine Bewertung der Amplituden-Meßwerte durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der ermittelten binären Amplituden werte für sämtliche zeitlich nacheinander einlaufende Amplituden-MeOwerte ohne Vorverdichtung und die Bewertung der Amplituden-Meßwerte erst nach erfolgter Korrektur durchgeführt wird.

2. Ultraschall-Prüfeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Meßwerterfassungseinheit zum Ausgeben der Amplituden und Laufzeiten von Ultraschall-Signalen sowie der den Laufzeitwerten zugeordneten Takt-Blenden-Adressen sowie mit mindestens einem Tabellenspeicher zur Abspeicherung von Amplituden-Korrekturwerten, weiterhin mit einer Recheneinheit, in der zu den Amplitudenwerten die digitalen Amplituden-Korrekturwerte addiert oder subtrahiert werden, die mittels eines Adressen-Decoders aus dem zugeordneten Tabellcnspeicher für entsprechende Amplituden-Korrekturwertc abgerufen werden, sowie mit einer Bewertungseinheit, in der die Amplitudenwerte und die Laufzeitwerte bewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem schnellen Addierer (6) ausgestattete Recheneinheit unmittelbar der Meßwerterfassungseinheit (2) und die Bewertungseinheit (7, 8), in der die korrigierten Amplitudenwerte mit den ihnen zugeordneten Laufzeitwerten gemäß einem für das jeweilige Prüfproblem vorgebenen Prüfprogramm bewertet werden, der Recheneinheit (6) nachgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinheit aus einem Maximalwertspeicher (7) besteht, in dem innerhalb jeder Auswertblende der Maximalwert der korrigierten binären Amplitudenwerte gespeichert wird und der diesen Maximalwert bei Blendenende mit zugeordneter Takt-Blenden-Adresse ausgibt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen dem Addierer (6) nachgeschalteten Laufzeitspeicher, in dem die der korrigierten maximalen Amplitude zugeordnete Laufzeit abgespeichert wird, die bei Blendenende mit zugeordneter Takt-Blenden-Adresse ausgegeben wird.

5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen dem Addierer (6) nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler (8) zur Erzeugung eines in zeitlicher Folge anstehenden analogen, korrigierten Ultraschall-Signals und zur Abbildung desselben auf einem Kathodenstrahlrohr.

Ultraschallwellen erfahren beim Durchgang durch Werkstoffe und beim Übergang vom Prüfkopf in den Werkstoff eine Schwächung, deren Ursachen z. B. Streuung und Absorption sind. Diese Schwächungsver^r> luste behindern die Werkstoffprüfung, u. a. weil sie die durchgelassene Energie oder das Echo von Reflektoren, wie z. B. des Fehlers und der Rückwand, dämpfen. "Jm dem entgegen zu wirken, ist für Ultraschall-Prüfgeräte ein Tiefenausgleich durch eine regelbare, laufzeitabhän-K) gige Verstärkung zur Kompensation der Schalldämpfung erforderlich.

Es sind zwei Arten von Tiefenausgleich für Ultraschall-Prüfgeräte bekanntgeworden, mit denen die sowohl vom Prüfkopf als auch vom Werkstoff und den

ii Reflexionsbedingungen abhängigen Kennlinien ausgeglichen werden sollen, nämlich der analoge (mehrstufige) Tiefenausgleich und der digitale Tiefenausgleich.

Zunächst ist nur mit dem mehrstufigen, analogen Tiefenausgleich gearbeitet worden. Dieser besteht darin, daß die laufzeitabhängige Kennlinie in einstellbaren Zeitbereichen derart korrigiert wird, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers im Ultraschall-Gerät laufzeitabhängig in mehreren Stufen linear verstellt wird. In den bekannten Geräten wird dieser analoge Tiefenausgleich in drei Stufen ausgeführt.

Diese Art der Ultraschall-Amplituden-Korrektur ist jedoch mit großen Ungenauigkeiten außerhalb der Abgleichpunkte behaftet. Überdies kann sie aufgrund der Trägheit der analogen Stelleingänge nicht schnell

ίο genug durchgeführt werden, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Vor allem aber ist ihre Anwendbarkeit auf die Fälle beschränkt, in denen nur eine Kennlinie zu berücksichtigen ist. Würden z. B. mehrere Prüfköpfe mit unterschiedlichen Kennlinien an ein Gerät mit analogern, mehrstufigem Tiefenausgleich angeschlossen werden, so müßte für jeden Prüfkopf ein eigener Verstärker vorgesehen werden, an dem die jeweilige Kennlinie einzustellen wäre. Hierdurch würde der technische Aufwand unvertretbar hoch werden. Eine Anwendung

4ü des analogen Tiefenausgleichs scheidet überhaupt aus in den Fällen, in denen innerhalb eines Prüftaktes für den gleichen Prüfkopf in Abhängigkeit von der Art der Reflexionsfläche unterschiedliche Kennlinien zu berücksichtigen sein würden. Dies ist z. B. bei der Prüfung mit

<tj SE-Prüfköpfen der Fall, bei denen die Fehlerkorrektur nach der Kennlinie des jeweils zugrunde gelegten Ersatzfehlerdurchmessers und die Rückwandecho-Korrektur gemäß der Rückwandecho-Kennlinie zu erfolgen hätte.

^r><> Um diese Nachteile des analogen Tiefenausgleichs zu vermeiden und für die Fälle, in denen der analoge Tiefenausgleich nicht anwendbar ist, wurde der digitale Tiefenausgleich entwickelt, für den zwei verschiedene Verfahren bekannt sind. Ein bekanntes Verfahren

V' besteht darin, den Anzeigenerwartungsbereich in 5 bis 10 Zeitintervalle, die sog. Blenden, aufzuteilen und zu dem in jeder dieser Blenden ermittelten Amplituden-Maximalwert einen aus der Kennlinie ermittelten, mittleren Amplituden-Korrekturwert hinzuzurechnnen,

w der als fester Wert für jede Blende abgespeichert ist. Da bei diesem Verfahren keine Laufzeitmessung erfolgt, handelt es sich um eine nur grob angenäherte Korrektur der Amplitudenwerte, die für die meisten Anwendungsfälle nicht ausreicht.

""> Ein weiteres bekanntes Verfahren, das für die Prüfung von Grobblechen entwickelt wurde, bewirkt den digitalen Kennlinienausgleich in der Weise, daß zunächst in einer Tabelle mit einer Laufzeitteilung von