DE2704947C3 - Ultraschalldefektoskop - Google Patents

Description

und Demodulation der im Erzeugnis reflektierten Signale dienenden Verstärkers 3 für reflektierte Signale gekoppelten piezoelektrischen Wandler 1. Der Ausgang des Verstärkers 3 für reflektierte Signale ist an den Eingang eines zur Abtrennung eines von einem Defekt im Erzeugnis rückgestrahlten Signals vorgesehenen Zeitselektors angeschlossen. Mit dem Ausgang des Zeitselektors 4 ist ein UmfGrmer5 von Zeitintervallen in eine Impulsspannung mit hohem Impuls-Pause-Verhältnis verbunden, deren Wert der Tiefenlage des Defektes to proportional ist

Der Umformer 5 besteht aus einem Sägezahngenerator 6 und einem einen Transistor 7 und einen vorgeschalteten Widerstand 8 enthaltenden Schaltkreis Der Schaltkreis ist zur Formierung eines kurzzeitigen is Impulses vorgesehen, dessen Amplitude der Tiefenlage des Defektes entspricht

Zur Steuerung der Arbeit des Generators 2 für Sondierimpulse, des Zeitselektors 4 und des Sägezahngenerators 6 dient ein mit diesen verbundener Synchronisator 9. Die Basis des Transistors 7 des Schaltkreises ist über Enikoppiungsdioden IO und ίί mit dem Ausgang des Zeitselektors 4 gekoppelt Die Betriebsart des Transistors 7 des Schaltkreises wird durch Widerstände 12 und 13 vorgegeben. Der Kollektor des Transistors 7 des Schaltkreises ist an den Eingang eines Speicherblocks 14 angeschlossen. Er enthält einen Kondensator 15 und eine Diode 16, die zur Wiederherstellung des Gleichanteiles der durch den Umformer 5 von Zeitintervallen in eine Spannung w erzeugten Impulsspannung dienen.

Einer der Beläge des Kondensators 15 und die Anode der Diode 16 sind mit dem Kollektor eines Schalttransistors 17 verbunden. Dieser Transistor 17, dessen Basis an den Ausgang einer Registriereinrichtung 18 angeschaltet ist, dient zu einer schnellen Entladung des Kondensators 15 am Ende des Meßzyklus und damit zur Vorbereitung der gesamten Einrichtung auf eine weitere Arbeit. Der Widerstand 19 ist zur Vorgabe der Betriebsart des Schalttransistors 17 vorgesehen. ·»< >

Als Registriereinrichtung 18 wird ein selbstschreibendes Voltmeter oder eine andere eine Aufzeichnung des Wertes der Gleichspannung in analoger Ftvm vornehmende bekannte Einrichtung eingesetzt.

Der Kondensator la ist auch mit dem Eingang eines -»5 einen Feldeffekttransistors 20, einen Bipolartransistor 21. Widerstände 22 und 23 enthaltenden und zur Anpassung des Ausgangswiderstandes des Speicherblocks 14 an den Eingangs widerstand der Registriereinrichtung 18 dienenden FET-Folgers verbunden.

Das Ultraschalldefektoskop arbeitet wie folgt.

Im Ausgangszustand ist der mit dem vorgeschalteten Widerstand 8 einen Spannungsteiler bildende Transistor 7 (Fig. 1) des Schaltkreises leitend. Der Wert seines Innenwiderstandes ist nahe Null. Hierbei fällt eine durch den Sägezahngenerator 6 erzeugte linear ansteigende Spannung vollständig über dem vorgeschalteten Widerstand 8 ab. Der Schalttransistor 17 ist für diese Zeit gesperrt, der Speicherkondensator 15 des Speicherblocks 14 entladen, welhalb die Spannung am Widerstand 23 im FET-Folger aus den Transistoren 20 und 21 fehlt.

Der Synchrortisätof 9 erzeugt einen den Generator 2 für Sondierimpulse auslösenden Rechteckimpuls. An dessen Ausgang entstehen elektrische Schwingungen, die durch den piezoelektrischen Wandler 1 umgeformt und dann in Form von Ultraschallschwingungen in ein IU kontrollierendes Erzeugnis abgestrahlt werden.

Gleichzeitig gibt der Synchronisator 9 den Sägezahngenerator 6 frei.

Die vc-m Defekt in dem zu kontrollierenden Erzeugnis rückgestrahlten Ultraschallschwingungen werden durch den piezoelektrischen Wandler 1 aufgenommen, umgeformt und gelangen in Form von elektrischen Signalen auf den Eingang des Verstärkers 3 für reflektierte Signale.

Von dessen Ausgang treffen die verstärkten und demodulierten, in Fig.2a dargestellten rückgestrahlten Impulse auf den Eingang des Zeitselektors 4. Der letztere trennt diejenigen von ihnen ab, die den von einem Defekt in dem zu kontrollierenden Erzeugnis reflektierten Impulsen entsprechen, und formiert aus diesen normalisierte Impulse, d. h. Impulse mit einer konstanten Amplitude und Dauer (von einigen Mikrosekunden). Sie sperren den normalerweise leitenden Transistor 7 des Schaltkreises, dessen Innenwiderstand steil ansteigt, und am Kollektor des Transistors 7 tritt ein Spannungsimpuls auf. Seine Dauer wird durch eine Zeit bestimmt, in deren Verlauf der ";ansistor 7 sperrt. Auf solche Weise werden aus de- durch den Sägezahngenerator 6 erzeugten und in Fig. 2c gezeigten linear ansteigenden Spannung in F i g. 2d dargestellte positive Kurzzeitimpul.se abgetrennt

Ihre Amplitude wird einmal durch die Ankunftszeit eines Impulses {2b) vom Ausgang des Zeitselektors 4, d. h. durch die Laufzeit der Ultraschallschwingungen vom piezoelektrischen Wandler 1 bis zum Defekt und zurück in dem zu kontrollierenden Erzeugnis, und zum anderen durch den Momentanwert der linear ansteigenden Spannung (F i g. 2c) in der Sperrzeit des Transistors bestimmt. Am Ausgang des Schaltkreises aus dem Transistor 7 und dem vorgeschalteten Widerstand 8 wird also eine Impulsspannung mit hohem Impuls-Pause-Verhältnis erzeugt, deren Wert der Tiefenlage eines Defektes in dem zu kontrollierenden Erzeugnis entspricht

Durch diese Spannung wird der Kondensator 15 des Speicherblocks 1 aufgeladen, und auf seinem mit der Anode der Diode 16 verbundenen Belag tritt ein ne_oatives Potential auf. Dessen Wert wird lediglich durch die Parameter des angekommenen Impulses bestimmt. Im Ladekreis des Kondensators i5 fehlen bei der oben erwähnten bekannten Einrichtung bestehende und einen zusätzlichen Fehler verursachende Elemente einer Vergleichsschaltung.

Dadurch wird die Meßgenauigkeit der Tiefenlage des Defektes in dem zu kontrollierenden Erzeugnis erhöht.

Die Entstehung des negativen Potentials an dem Belag des Kondensators 15 und demzufolge an dem mit diesem gekoppelten Gate des Feldeffekttransistors 20 ruft einen Stromfluß durch den Widerstand 22 im Stromkreis der Source dieses Transistors 20 hervor. Hierbei schaltet der Transistor 21 durch, und an dem eine Emitterbelasting darstellenden Widei stand 23 tritt eine in F ι g. 2e gezeigte Spannung auf. Deren Wert wird durch die Potf:ntialdifferenz an den Belägen des Kondensators 15 definiert. Da der Kondensator 15 durch einen Impuls aufgeladen worden ist, dessen Amplitude der Laufzeit der Ultraschallschwingungen vom piezoelektrischen Wandler 1 bis zum Defekt proportional ist, so entspricht auch die Ausgangsspan* nung des FET-Folgers aus den Transistoren 20 und 21 (F i g. 2e) im bestimmten Maßstab der Tiegenlage dieses Defektes.

Diese Spannung kann durch die Registriereinrichtung 18 aufgezeichnet Werden. Wenn kein Defekt in dem zu

kontrollierenden Erzeugnis entdeckt worden ist, bleibt ein Signal am Ausgang des Zeitselektors 4 auf. Hierbei bleibt der Transistor 7 des Schaltkreises leitend, der Kondensator 15 des Speicherblocks 14 entladen, während das negative Potential an dem Gate des Feldeffekttransistors 20 und dementsprechend die Spannung am Widerstand 23 gleich Null sind.

Dadurch ist im erfindungsgemäßen Ultraschalldefektoskop ein der oben erwähnten bekannten technischen Lösung anhaftender Mangel behoben, darin bestehend, daß am Ausgang des Speicherblocks eine dem Maximalwert der Meßgröße entsprechende Gleichspannung anliegt, wenn die Sondierimpulse nicht reflektiert werden. Der Kondensator 11 des Speicherblocks 14 kann sich über den Sperrwiderstand der Diode 16, den normalerweise geschlossenen Schalttransistor 17 und den Eingangswiderstand des FET-Folgers aus den Transistoren 20 Und 21 entladen.

Die Werte dieser Widerstände bedingen die Konstanz der Ausgangsspannung am Widerstand 23 (F i g. 2e) im Laufe einer zur Beendigung des Aufzeichnungsvorganges in der Registriervorrichtung 18 ausreichenden Zeit.

Dann wird der Basis des Schalttfänsislors 17 ein negativer Impuls zugeführt. Der Transistor 17 öffnet, und der Kondensator 15 entlädt sich augenblicklich. Nach Beendigung der Wirkung des Öffnungsimpulses Von der Registriereinrichtung 18 sperrt der Transistor

ίο 17, und der Speicherblock 14 bereitet sich samt der ganzen Meßeinrichtung für die Tiefenlage eines Defektes auf den nächsten Aufzeichnungszyklus vor.

Das erfindungsgemäße Ultraschalldefektoskop gewährleistet neben der Messung eine Speicherung und Registrierung der Tiefenlage von bei einem zu kontrollierenden Erzeugnis entdeckten Defekten, was von besonderer Tragweite für automatisierte Ultraschalldefektoskop-Anlagen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ultraschalldefektoskop mit einem Ultraschailschwingungen in die Tiefe eines zu kontrollierenden Erzeugnisses ausstrahlenden und von diesem reflektierte Schwingungen aufnehmenden piezoelektrischen Wandler, dessen Eingang an einen Generator für Sondierimpulse und dessen Ausgang über eine Reihenschaltung aus einem Verstärker für reflektierte Signale, einen Zeitselektor, der ein die Begrenzung eines der Tiefenlage eines Defekts in dem zu kontrollierenden Erzeugnisses entsprechenden Zeitintervalls festlegendes Ausgangssignal erzeugt, und einem Umformer der Zeitintervalle in eine Spannung, der einen mit einem Synchronisator verbundenen Sägezahngenerator umfaßt, über einen Spitzendetektor an eine Registriereinrichtung angeschlossen ist, wobei der Generator für Sondierimpulse und der Zeitselektor ebenfalls an den Synchronisator angeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer der Zeitintervalle in eine Spannung in Form einer Reihenschaltung neben dem Sägezahngenerator (6) einen Schaltkreis aufweist, der mit einem normalerweise leitenden Transistor (7) ausgeführt ist, dessen Basis über Entkopplungsdioden (10, 11) mit dem Ausgang des Zeitselektors, der so ausgebildet ist, daß er einen der Tiefenlage des Defekts entsprechenden Kurzzeitimpuls konstanter Amplitude und Dauer erzeugt, und dessen Kollektor über einen vorgeschalteten Widerstand (8) mit dem Ausgang des Sägezahngenerators (6) und mit dem Eingang des zur Speicherung des Wertes der Ausgang spannu.g des Schaltkreises vorgesehen und in Fom eines Reihenkreises aus einem Kondensator (15) und ei ;r Diode (16), deren Anode an den Kollektor eines den Speicherblock (14) in den Ausgangszustand vor jedem Meßzyklus einstellenden Schalttransistors (17) und die Basis dieses Transistors (7) mit der Registriereinrichtung (18) gekoppelt ist, ausgeführten Speicherblocks (14) verbunden ist.

   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschalldefektoskop mit einem Ultraschallschwingungen in die Tiefe eines zu kontrollierenden Erzeugnisses ausstrahlenden und von diesem reflektierte Schwingungen aufnehmenden piezoelektrischen Wandler, dessen Eingang an einen Generator für Sondierimpulse und dessen Ausgang über eine Reihenschaltung aus einem Verstärker für reflektierte Signale, einen Zeitselektor, der ein die Begrenzung eines der Tiefenlage eines Defekts in dem zu kontrollierenden Erzeugnisses entsprechenden Zeitintervalls festlegendes Ausgangssignal erzeugt, und einem Umformer der Zeitintervalle in eine Spannung, der einen mit einem Synchronisator verbundenen Sägezahngenerator umfaßt, über einen Spitzendetektor an eine Registriereinrichtung angeschlossen ist, wobei der Generator für Sondierimpulse und der Zeitselektor ebenfalls an den Synchronisator angeschaltet sind. Ein Ultraschalldefek' losköp dierser Art ist aus der DE-AS 15 73 411 bekannt

   Bei dieser bekannten Ausbildung ist zwischen den Zeitselektor und den Sägezahngenerator ein Flipflop geschaltet, das durch ein vom Synchföflisätöf kommendes und auf seinem Wege verzögertes Bezugssignal in den !-Zustand (Ausgangssignal vorhanden) geschaltet wird und von dem über den Zeitselektor eintreffenden, vom Boden des Werkstücks oder von einem Defekt im Werkstück reflektierten Signal wieder in den Nullzustand zurückgeschaltet wird. Während am Ausgang des Flipflop ein Signal vorhanden ist, erzeugt der Sägezahngenerator ein sägezahnförmiges Signal, dessen Spitzenamplitude mithin der Zeitdauer des 1-Zustandes des Flipflops proportional ist, welche wiederum der '..aufzeit des Ultraschallimpulses zum Boden bzw. zum Defekt im Werkstück und zurück entspricht Die vom Spitzendetektor festgestellte und zur Anzeige gebrachte Spitzenamplitude zeigt somit die zu messende Dicke des Werkstücks oder die Tiefenlage eines Defekts an.

   Bei einer solchen Schaltungsanordnung ergibt sich beim Ausbleiben eines Nutzsignals, d. h. des Echosignals vom Werkstückboden oder von einem Defekt ein maximales Ausgangssignal, das bei Verwendung der Vorrichtung als Defektoskop fälschlicherweise als Anzeige eines tief eingelagerten Defekts registriert werden könnte, so daß die Zuverlässigkeit der bekannten Einrichtung zur Ortung von eingelagerten Defekten fraglich ist. Tatsächlich wird diese in erster Linie auch nur zur Messung der Dicke von dünnen Werkstücken vorgeschlagen.

   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschalldefektoskops, welches >iur bei Vorhandensein eines Defekts eine Ausgangs-Gleichspannung abgibt deren Größe der genauen Einlagerungstiefe des Defekts proportional ist

   Zur Lösung dic-ber Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Umformer der Zeitintervalle in eine Spannung in Form einer Reihenschaltung neben dem Sägezahngenerator einen Schaltkreis aufweist, der mit einem normalerweise leitenden Transistor ausgeführt ist dessen Basis über Entkopplungsdioden mit dem Ausgang des Zeitselektors, der so ausgebildet ist. daß er einen der Tiefenlage des Defekts entsprechenden Kurzzeitimpuls konstanter Amplitude und Dauer erzeugt, und dessen Kollektor über einen vorgeschalteten Widerstand mit dem Ausgang des Sägezahngenerators und mit dem Eingang des zur Speicherung des Wertes der Ausgangsspannung des Schaltkreises vorgesehenen und in Form eines Reihenkreises aus einem Kondensator und einer Diode, deren Anode an den Kollektor eines den Speicherblock in den Ausgangszustand vor jedem Meßzyklus einstellenden Schalttransistors und die Basis dieses Transistors mit der Registriereinrichtung gekoppelt ist, ausgeführten Speicherblocks verbunden ist.

   Bei einer solchen Ausbildung ist der Kondensator des Speicherblocks normalerweise entladen, so daß eine der Tiefenlage des Defekts entsprechende Ausgangs-Gleichspannung nur auftritt, wenn es einen solchen

   " Defekt gibt.

   Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

   Fig. I ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Ultraschalldefektoskopes,

   Fig.2a, b, c, d, e zeitliche Spannungsverläufe in Verschiedenen Punkten der Schaltung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

   Das Ultraschalldefektoskop enthält einen zur Umwandlung von elektrischen Impulsen in Ultraschall* schwingungen vorgesehenen, mit einem Generator 2 für Sondierimpuise und dem Eingang eines zur Verstärkung