DE2646541C2

DE2646541C2 - Verfahren zur Auslösung von Sendeimpulsen bei der Dickenmessung von Prüfstücken mittels Ultraschallsignalen

Info

Publication number: DE2646541C2
Application number: DE2646541A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5160 Düren Renzel
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1986-08-28
Also published as: FR2368013B1; JPS5349459A; US4098131A; DE2646541A1; FR2368013A1; IT1076994B; GB1577620A; JPS5856085B2

Description

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so daß nach Ablauf der zugehörigen Impulsfolgezeit ein aber während dieses Zeitintervalls t\ an einen Eingang 7

neuer Sendeimpuls ausgelöst werden kann. Allerdings der Kippschaltung 4 ein neues Echosignal, so wird die

erfolgt hier nach Eintreffen des störenden Echosignals Kippschaltung 4 in ihren Anfangszustand zurückgesetzt

eine Stillsetzung der Einrichtung, die durch manuelle und das Zeitintervall t\ fängt von neuem an abzulaufen.

Betätigung eines Druckknopfschalters oder auch eines 5 Der Sender 5 kann also immer erst dann einen neuen

' elektronischen Schalters behoben werden soil, um die Sendeimpuls erzeugen, wenn das Zeitintervall fi nach

Einrichtung in den Anfangszustand zurückzusetzen. Das dem letzten am Eingang 7 anliegenden Echosignal abge-

zugehörige Verfahren ist als »sing-around«-Verfahren laufen ist Mit anderen Worten, ein neuer Sendeimpuls

bekannt, bei dem allerdings in abweichender Weise der wird erst erzeugt, wenn nach dem letzten störfähigen

Empfangsimpuls selbst einen neuen Impuls auslöst, wo- 10 Echosignal die Zeit h abgelaufen ist. Es muß demzufol-

durch zwangsläufig eine Impulsfolgefrequenz entsteht, ge nicht mehr eine lange Sicherheitszeitspanne zwi-

die ein Maß für die Laufzeit sein kann. sehen den Sendeimpulsen abgewartet werden, sondern

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem um das Zeitintervall fi nach dem letzten störfähigen

Verfahren der eingangs genannten Art, die Meßzyklus- Echosignal wird der nächste Sendeimpuls ausgelöst Das

zeiten zu verkürzen und gleichzeitig störende Echosi- is Zeitintervall fi muß geringfügig größer sein als die Ad-

gnale zu vermeiden, die nicht zur Dickenmessung be- dition der Schallaufzeit im Prüfkopf (Vorlaufzeit) und

nutzt werden, aber die doch die vorgegebene Amplitu- der Impulsfolgezeit für die Mehrfachechosignale,

denschwelle übersteigen. Eine Blockeinheit 6 in der F i g. 1 dient zur Weiterver-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im arbeitung und der Anzeige des ermittelten Dickenwer-

Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen 20 tes.

Merkmale gelöst Die Arbeitsweise und der Aufbau der Kippschaltung

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- 4 ergibt sich anhand der F i g. 3 und F i g. 2, wobei hangemäßen Verfahrens ist in dem Unteranspruch angege- delsübliche Schaltbauteile IC 1, z. B. Motorola MC ben. 14528 CP, und IC 2, z. B. Motorola MC 14011 CP, ver-

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine 2s wendet werden. Ist am Eingang 7 einer monostabilen kleinstmögliche Impulsfolgezeit, also größtmögliche Kippstufe 8 eine positive Spannung vorhanden (linker Impulsfolgefrequenz in der Kippschaltung derart einge- Kurventeil des Diagramms 5 in F i g. 2), triggert sich die stellt, daß diese Zeit bzw. diese Frequenz nur auf den Kippstufe vom Punkt Qi über Widerstand A₃ nach Meßwert bezogen ist Noch vorhandene Echosignale, Punkt Ai ständig in Abhängigkeit des Widerstandes R\ d. h. Störechos aus der letzten Impulsaussendung, die als 30 und der Kapazität Q selbst (Diagramm 1, F i g. 2), wobei Mehrfachechos noch zwangsläufig demjenigen be- letztere Schaltbauteile die Frequenz mitbestimmen. Mit stimmten Echo folgen, welches einzig zur Messung aus- dem gleichen Zeitabstand ii entsteht am Punkt Q\ eine gewertet wurde, bleiben in der Messung, ohne Verrin- gleichmäßige Folge von nadeiförmigen Impulsen (Diagerung der Meßzykluszeit unberücksichtigt Der äqui- gramm 2), die am Punkt Bi eine monostabile Kippstufe 9 distante zeitliche Abstand dieser Mehrfachechos ist 35 mit einer konstanten Kippzeit ^, die abhängig von den kleiner als die für den entsprechenden Meßbereich ein- Schaltungselementen Ri und C2, aber mit der Bedingestellte Impulsfolgezeit im Kippgenerator, so daß letz- gung h < t\ ist, triggert Am Punkt Qi steht ein Triggerterer von jedem dieser störenden Echosignale immer signal zur Verfügung (Diagramm 3), das mit seiner abwieder zurückgesetzt wird und so keinen neuen Trig- fallenden Flanke den Sendeimpuls mit der Impulsdauer gerimpuls erzeugen bzw. Sendeimpuls auslösen kann, 40 U im Sender 5 auslöst (Diagramm 4). Die steile abfallensolange diese Mehrfachechos bzw. störende Echosigna- de Flanke des Sendeimpulses h kann mit den hochfreie über der vorgegebenen Amplitudenschwelle liegen. quenten Anteilen in den Eingang des Empfängers 3 ein-

Dieses Verfahren paßt sich damit ständig den Meßge- streuen und erzeugt dann am Empfängerausgang einen

gebenheiten an und verringert die Totzeiten innerhalb Impuls a, vgl. Digramm 5 der F i g. 2. Der Impuls a und

der Meßzykluszeit in einem wesentlichen Maße. 45 die zeitlich folgenden Echosignale b und c, die die zur

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich- Bewertung dienende, vorgegebene Amplitudenschwelle

nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. d überschreiten, setzen die monostabile Kippstufe im-

Es zeigt mer wieder in ihre Anfangsstellung zurück, d. h. die vor-

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Wanddicken-Meßsy- gegebene Zeit fi fängt jedesmal an neu abzulaufen, d. h.

stems mit Rückführung des Empfängerausgangssignals 50 die Kippstufe 8 ist nachtriggerbar. Der nächste Impuls

auf die Kippschaltung, am Punkt Q₂ entsteht also erst zur Zeit fi nach dem

F i g. 2 ein Impuls-Zeitdiagramm zu der Wanddicken- letzten bewerteten Echosignal(e) b oder c. Echosignale

Meßvorrichtung nach F i g. 1, b mit der Laufzeit if stellen die Mehrfachechos von der

F i g. 3 eine Schaltung für die Kippschaltung nach Prüfstückrückwand und Echosignale c mögliche, durch

F i g. 1. 55 Umwandlung in andere Wellenmoden, z. B. Transversal-

Ein wesentliches Schaltbauteil zur Ausführung des wellen, entstandene Echosignale dar.
Verfahrens ist eine Kippschaltung 4, vgl. Fig. 1, die Treten also am Eingang 7 Echosignale auf,deren Amnicht wie üblich mit einem konstanten Zeitabstand der plituden ausreichend groß sind, wird die Kippstufe 8 am Triggerimpulse arbeitet, sondern die in ihrer Impulsfol- Punkt B\ nachgetriggert Am Punkt Qi erscheint also ge-Frequenz direkt von der Echosignalfolge aus einem 60 der nächste Nadelimpuls bzw. hierdurch ausgelöst, der Empfänger 3 digital gesteuert wird. Jedes am Ausgang nächste Sendeimpuls erst nach Ablauf der gesamten bedes Empfängers 3 auftretende Echosignal, das vom werteten Empfangs-Echosignalfolge und der konstan-Empfängerteil 2b eines Prüfkopfes 2 aus einem Prüf- ten Kippzeit f|. Aus Fig.2 ist abzulesen, daß sich der stück 1 empfangen wird oder von einem Sender 5 direkt Sendeimpulsabstand t_SE folgendermaßen zusammenin den Eingang des Empfängers 3 eingestreut wird, 65 setzt:
sperrt die Kippschaltung 4 für ein festgelegtes Zeitintervall f|. Erst nach Ablauf dieses Zeitintervalls kann der tsE = fs + tv + ζ ■ <e + fi
Oszillator einen neuen Triggerimpuls auslösen. Gelangt

-Hu

Hierin bedeuten, sofern nicht bereits definiert: ts Dauer des Sendeimpulses, ζ die Zahl der möglichen Echoimpulse und tv gesamte Impulslaufzeit in der Vorlaufstrecke, gegeben durch den Laufweg von der aktiven Fläche des Piezokristalles bis zur Eintrittsfläche am Prüfstück und von der Austrittsfläche bis zur passiven Fläche des Empfängers.

Sollte aus irgendeinem Grund die Triggerung von der Kippstufe 8 nicht erfolgen, z. B. beim Einschalten, so tritt ein Hilfsoszillator 11 (gebildet aus Schaltbauteilen Ci, A4. Rs und zweimal /C₂) über die Diode D\ in Funktion. Sobald der Hauptoszillator, also die Schaltung der Kippstufen 8 und 9, Schwingungen erzeugt bzw. wieder erzeugt (erkennbar am Potentialwechsel am Punkt Qi), wird der Hilfsoszillator über Schaltbauteile Di, &, und A₆ ausgeschaltet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

ι 2 tere sind Wartezeiten, die notwendig sind, um Mehr-Patentansprüche: fachechos (sogenannte Phantomechos) der Einzelmessungen abklingen zu lassen, da diese Mehrfachechos

1. Verfahren zur Auslösung von Sendeimpulsen sonst die nachfolgende Einzelmessung stören und unbei der Dickenmessung von Prüfstücken mittels Ul- 5 weinerlich zu falschen Ergebnissen führen. Die Dauer traschallsignalen, bei dem ein neuer Sendeimpuls der einzelnen Totzeiten ist im wesentlichen abhängig erst dann ausgelöst wird, wenn ein vom vorherge- von der Empfindlichkeit des Prüfkopfes, der Intensität henden Sendeimpuls herrührendes Echosignal emp- der Anregung, der materialabhängigen Dämpfung der fangen worden und danach eine vorgegebene Ver- Impulsamplitude und von der zu messenden Dicke. Es zögerungszeit abgelaufen ist, dadurch ge- ίο darf ein neuer Sendeimpuls immer erst dann ausgelöst kennzeichnet, daß bei Empfang eines aus meh- werden, wenn mit Sicherheit keine störenden Echos aus reren Echoimpulsen bestehenden Echosignals der dem vorgegangenen Einzelmeßvorgang mehr vorhannachfolgende Sendeimpuls erst dann ausgelöst wird, den sind. Das heißt, die Totzeit ist eine vorgegebene wenn vor dem Zeitpunkt des Eintreffens eines eine feste Größe, die nach dem ungünstigsten Betriebsfall vorgegebene Amplitudenschwelle überschreitenden 15 festgelegt sein muß und sich mit der Anzahl der Einzel-Echcimpulses an die vorgegebene Verzögerungszeit messungen in einem Meßzyklus multipliziert
abgelaufen ist und innerhalb dieser Verzögerungs- Eine Meßzeitverringürung ist bei der zerstörungsfreizeit kein weiterer die Amplinidensch welle über- en Dickenmessung von Prüfstücken mit Ultraschaliimschreitender Echoimpuls aufgetreten ist pulsen insofern notwendig, als bei der Mittelwertbil-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 20 dung durch sehr viele Einzelmessungen lange Meßzeinach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ten entstehen, wodurch die Prüfgeschwindigkeit stark Sender zur Auslösung der Sendeimpulse von einer herabgesetzt wird.

nachtriggerbaren monostabilen Kippschaltung an- Das Problem der Meßzeitverringerung tritt auch bei

gesteuert wird, welcher vom Empfänger nur solche der Fehlersuche in einem Prüfstück auf.
Echoimpulse zugeführt werden, die eine vorgegebe- 25 Es ist bereits eine Vorrichtung zur Laufzeitmessung ne Amplitudenschwelle überschreiten. von elektronisch erzeugten Impulsen, insbesondere zur

Entfernungsmessung nach der Echomethode bekannt (DE-PS 9 11 823). Zur Ermittlung des Meßwertes dienen mehrere Einzelmessungen. Hier wird ebenfalls be-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslösung 30 zweckt, die Meßzykluszeit durch eine möglichst dichte von Sendeimpulsen bei der Dickenmessung von Prüf- Folge von Sendeimpulsen zu verringern und Störimpulstücken mittels Ultraschallsignalen nach dem Oberbe- se zu vermeiden. Es wird eine Kippstufe verwendet, die griff des Patentanspruches 1. die Länge der Impulsfolgezeit der Sendeimpulse be-

Es ist bekannt die Dicke von Prüfstücken bzw. die stimmt Durch eine Verzögerungszeit At wird ein zwei-Lage von Materialungänzen durch den zeitlichen Im- 35 ter Sendeimpuls von dem vorhergehenden ersten Senpulsabstand des ersten reflektierten Echos (Rückwand- deimpuls zeitlich nach Eintreffen eines Echosignales geecho oder Echo von einer Ungänze) vom Sendeimpuls trennt Hierbei soll allerdings die Sendeimpulsfolge an zu messen, d. h. also durch die Laufzeit eines Impulses, den Meßbereich angepaßt werden, wobei die Entstöwobei von dem Sendeimpuls die Null-Marke für die rung durch zu früh eintreffende Echos, die z. B. von Zeitmessung abgeleitet wird. Die Dicke des Prüfstückes 40 Reflektoren herrühren, die näher an dem Sender liegen, bzw. die Tiefenlage der Ungänze ergibt sich dann aus als ein in seiner Entfernung zu bestimmender Reflektor, der zweifachen Impulslaufzeit multipliziert mit der Aus- in der Weise vorgenommen wird, daß die lmpulsaussenbreitungsgeschwindigkeit des Impulses. Die Laufzeit dung nur für einen Impulstakt unterdrückt wird. Eine und damit die Dicke bzw. Länge eines Prüfstückes oder Anpassung der Impulsfolgefrequenz an störende die Tiefenlage der Ungänze unter der Materialoberflä- 45 Echoimpulse (Phantomechos), die von dem vorangeganche kann über eine Skala auf dem Leuchtschirm einer genen Senderimpuls herrühren, in einer Weise, daß eine Braun'schen Röhre oder mit einer Analogtechnik bzw. Kippstufe in ihren Anfang zurückgeführt werden soll, ist Digitaltechnik zur Anzeige gebracht werden. Die Fest- nicht vorgesehen. Es ist somit nicht das Problem angestellung der Lage einer Ungänze ist vollkommen gleich- sprachen, eine Wechselbeziehung zwischen Impulsfolbedeutend mit der Messung einer Materialdicke und 50 gefrequenz und der Abklingzeit der Mehrfachechos aus wird im folgenden nicht gesondert beschrieben. der vorangegangenen Impulsaussendung herzustellen.

Bei der Dickenmessung von Prüfstücken mit Ultra- Mit der bekannten Vorrichtung kann nicht vermieden schallimpulsen kann man die Fehlergrenze nicht belie- werden, daß störende Echosignale in einer an sich unterbig klein machen. So entstehen bei der Digitalisierung schiedlichen Abklingzeit einen neuen Trigger- bzw. der einmaligen Laufzeitmessung Zeitfehler in der Grö- 55 Senderimpuls auslösen, die zu Fehlmessungen führen, ßenordnung der reziproken Zählfrequenz (bit-Fehler). oder man muß nach wie vor mit der unerwünscht langen Um diesen Fehler zu verkleinern ist es zwar bekannt, Zeit isf arbeiten, die den Abstand zwischen zwei aufeinviele Messungen durchzuführen und den Mittelwert zu ander folgenden Sendeimpulsen bestimmt und bei der bilden (vgl. DE-OS 26 20 835). Der Fehler verkleinert bekannten Vorrichtung in nachteiliger Weise vergrösich dann mit dem Faktor l/j/n. Hierbei bedeutet η die 60 ßert.

Anzahl der Einzelmeßvorgänge. Es müssen also η Ein- Ferner ist eine Vorrichtung bekannt (DE-PS

zelmeßvorgänge durchgeführt werden, um einen 5 89 368), bei der über den Empfänger aus dem vorheribrauchbaren Meßwert zu erhalten. Dadurch vergrößert gen Meßschuß herrührende störende Echoimpulse dann sich jedoch die Meßzykluszeit in nachteiliger Weise um einer Kippstufe zugeführt werden, wenn diese Impulse den Faktor n. Unter Meßzykluszeit wird hier die Zeit 65 sie eine zur Bewertung dienende Amplitudenschwelle verstanden, welche die Summe der Zeiten aller Einzel- übersteigen. Hierdurch soll die Kippstufe zu ihrem Anmessungen zwecks Mittelwertbildung und der zwischen fangszustand zurückgesetzt und wieder gesetzt werden, den Einzelmessungen vorhandenen Totzeiten ist. Letz- falls ihr kein neues störendes Echosignal zugeführt wird,