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Ultraschall-Prüfqerät, insbesondere für die zer-
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störungsfreie WerkstoffPrüfuna.
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Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Prüfgerät, insbesondere für
die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, das einen Hauptverstärker zum Verstärken
der vom Ultraschall-Prüfkopf aufgenommenen Ultraschall-Signale bzw. eines Kontrollechos
aufweist, dessen gleichgerichtete Ausgangswerte die vertikale Ablenkung des optischen
Signalgebers eines Anzeigefeldes (Kathodenstrahlrohr, Diodenfeld o.ä.) in der Amplitudenanzeigerichtung
steuern, während die horizontale Ablenkung in Abhängigkeit von der Signallaufzeit
erfolgt, sowie einen Monitor.
Geräte dieser Art werden bei der Ultraschallprüfung
häufig zur Ausübung eines Verfahrens verwendet, bei dem die Bewertung der Prüfungsbefunde
in der Weise erfolgt, daß die Amplitude der durch Reflexion der Ultraschall-Prüfimpulse
an einem Materialfehler erhaltenen Fehlerechos (Fehlerechohöhe) mit der Amplitude
eines Kontrollechos verglichen wird. Dieses Kontrollecho kann durch Reflexion der
Ultraschall-Prüfimpulse an der Riickwalld des Prüflings erhalten werden (Ruckwandechoj.
Wenn dies nicht möglich ist, wie bei der Schweißnahtprtifung mittels Winkelköpfen,
läßt sich ein Vergieichsecho durch einen Kontrollschwinger entweder im Prüfkopf
für die Prüfimpulse oder in einem gesonderten Prüfkopf schaffen. Gelegentlich werden
zur Einstellung der Ultraschall-Prüfgeräte künstliche Testfehler anstelle natürlicher
Reflektoren zur Empfindlichkeitskontrolle bzw. Empfind] ichkeitseinstellung benutzt.
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Bei allen diesen auf einem Echohöhenvergleich beruhenden Bewertungen
ist es wichtig, die Differenz von Fehlerechohöhe und Kontrollechohöhe feststellen
zu können.
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Diese Differenz läßt folgende, für die Bewertung der Prüfbefunde wesentliche
Faktoren erkennen, nämlich einmal Ankopplungsfehler, erkennbar am gleichmäßigen
Schwanken beider Echos, und ein andermal Schwächungsunterschiede im Werkstück, die
sich wegen des längeren Laufwegs beim Rückwandecho stärker auswirken als bei der
Fehlerreflexion.
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Diese Differenz zwischen Fehlerechohöhe und Kontrollechohöhe läßt
sich jedoch bei den erhöhten Anforderungen an die Empfindlichkeit der Prüfung mit
den bekannten Prüfgeräten nicht immer mit der für eine rationelle Prüfung erforderlichen
Einfachheit und Geschwindigkeit ermitteln. Bei hoher Beanspruchung industrieller
Werkstücke wurde die Fehlererkennbarkeit zu immer kleineren Werten verschoben. Aus
diesem Grunde ergeben sich immer größere Differenzen zwischen den Fehlerechohöhen
und den Rückwandreflexionen. Die modernen Prüfvorschriften zugrunde liegenden AVG-Diagramme
verdeutlichen diesen Umstand. Ersatzfehlergrößen für zu registrierende oder auszubessernde
Fehler besitzen vom Rückwandecho nicht selten einen Echoabstand von 20 bis 40 dB.
Derartige Differenzen sind bei Verwendung bekannter Techniken auf dem Kathodenstrahlrohr
eines UltraschallPrüfgerätes nicht mehr erkennbar genug darzustellen, denn bei linearer
Verstärkung besitzt das Bild auf dem Kathodenstrahlrohr eine Dynamik von höchstens
20 dB. Stellt man die Geräteempfindlichkeit so ein, daß die Spitze des Rückwandechos
auf dem Schirmbild noch sichtbar ist, so ist die Echohöhe eines kleinen Fehlers
so gering, daß dessen Echo auf dem Schirmbild kaum noch sichtbar ist und daher leicht
übersehen werden kann. Erhöht man die Empfindlichkeit so weit, daß der kleinste
anzuzeigende Fehler noch
deutlich erkennbar , d.h. mit etwa halber
Schirmbildhöhe angezeigt wird, so ist das Rückwandecho weit übersteuert. Die Echohöhendifferenz
von kleinen Fehleiechos und Rückwand- bzw. Kontrollecho läßt sich demzufolge nur
noch durch Verändern der Empfindlichkeit ermitteln. Dadurch werden zwei Arbeitsgänge
erforderlich. Die Prüfkosten steigen; die Zuordnung der Befunde beider Arbeitsgänge
zueinander wird zweifelhaft.
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Das Problem, die bei der Ultraschall-Prüfung sich ergebenden großen
Echohöhendifferenzen nicht mehr auf dem Anzeigefeld sichtbar machen zu können wegen
Überschreitens der Dynamik des Anzeigegerätes, ergibt sich auch dann, wenn in verschiedenen
Tiefenbereichen des zu prüfenden Werkstückes mit unterschiedlicher Empfindlichkeit
gearbeitet werden soll. Diese Forderung stellt sich, wenn bestimmte Bereiche eines
Werkstücks besonders hoch beansprucht sind, sodaß dort wesentlichlkleinere Fehler
sicher erkannt werden müssen als in benachbarten Bereichen. Um ein solches Werkstück
in einem Arbeitsvorgang prüfen zu können, müßte man den gefährdeten Vereich gleichzeitig
mit den benachbarten Bereichen prüfen können, was aber wegen der im gefährdeten
Bereich erforderlichen erhöhten Empfindlichkeit gegenüber den benachbarten Gebieten
nicht möglich ist. In derartigen Fällen ist man bei automatiscllen
Anlaqen
dazu übergegangen, verschiedene gereiche des Prüfling mit unterschiedlicher Empfindlichkeit
zu prüfen, indem mehrere Siqnalgeräte, sog. Monitore, auf die mit unterschiedlicher
Empfindlichkeit zu prüfenden Werkstücksbereiche eingestellt wurden und die Ansprechschwellen
dieser Monitore unterschiedlich justiert wurden. Dies ist ein recht großer technischer
Aufwand, der für transportable Geräte mit nur einem Monitor nicht vertretbar ist.
Zwar läßt sich die Empfindlichkeit des Monitors der transportablen Geräte variieren,
jedoch sinnvollerweise nur für Echos, deren Spitzen innerhalb des Anzeigefeldes
sichtbar sind. Eine Differenzierung übersteuerter Echos ist nicht vorqesehen.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein U1-traschall-Prüfgerät
zu schaffen, welches es ermöglicht, echohöhenabstände, die die Dynamik üblicher
Anzeigegeräte (Kathodenstrahlrohr, Diodenfeld) überschreiten, auf dem Anzeigefeld
derartiger Geräte auch bei linearer Verstärkung noch sichtbar zu machen.
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Das Prüfgerät nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen dB-geeichten,
schaltbaren, einstellbaren Verstärkungs- bzw. Dämpfungssteller zum definierten Erhöhen
bzw. Verringern der Amplitudenablenkspannung innerhalb eines mittels des Monitors
ausblendbaren, in der Lage und Breite einstellbaren Bereichs des Anzeigefeldes gegenüber
dem durch die Einstellung des Hauptverstärkers
Anteigefeld vorgegebenen
Wert. Ene Anwendungsmöglichkeit eines
solchen Prüfgerätes besteht darin, den Bereich für die Darstellung des Kontrollechos
(z.B. Endecho oder Durchschallungsecho) auf dem Anzeigefeld mit geringerer Empfindlichkeit
darzustellen als den Prüfbereich.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, einen besonders
beanspruchten Bereich des Werkstücks mittels des Monitors auszublenden und diesen
mit erhöhter Empfindlichkeit gegenüber benachbarten Zonen auf dem Anzeigefeld darzustellen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnung,
welche ein Blockschaltbild der Teile eines Ultraschall-Prüfgerätes zeigt, auf welche
sich die Erfindung bezieht.
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Es handelt sich um ein Gerät mit einem Ultraschallsender US, dessen
HF-Impuls dem (nicht dargestellten) Prüfkopf zugeführt wird und diesen zu einem
Ultraschall-Impuls anregt. Reflektierte Signale werden vom Prüfkopf aufgenommen,
in HF-Signale umgewandelt und einem Hauptverstärker zugeführt, dem ein Dåmpfungs-
bzw.
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Verstärkungssteller STI nachgeschaltet ist. Ihm folgt ein schaltbarer,
einstellbarer, dB-geeichter Verstärkungs
- bzw. Dämpfungssteller
ST2, dem ein weiterer Verstärker V und ein Gleichrichter G nachgeschaltet sind.
Die Ausgangswerte des Gleichrichters G werden zur Steuerung der Y-Ablenkung der
Bildschirmanzeige benutzt. Der Schirmbildbereich, für den der Dämpfungs- bzw. Verstärkungssteller
ST2 angeschaltet und wirksam wird, ist bezüglich seiner Lage und Breite mittels
der Schaltungseinheiten M1 und M2 einstellbar, die von einem Taktgenerator TG gesteuert
werden. Auf diese Weise ist es möglich, den mit Hilfe des Monitors ausblendbaren
Bereich des Schirmbildes mit dem Verstärkungs- bzw. Dämpfungssteller ST2 in der
Empfindlichkeit gegenüber der Gesamtverstärkung des Gerätes definiert zu verringern
bzw. zu erhöhen. Dabei bleibt die Veränderung des dB-geeichten Verstärkungsstellers
ST1 des Hauptverstärkers HV weiterhin innerhalb des gesamten Bildschirmbereichs
wirksam. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, innerhalb des auf dem Bildschirm
sichtbaren Prüfbereichs einen Teilbereich, dessen Lage und Breite einstellbar ist,
mit definiert veränderter Empfindlichkeit darzustellen. Der mit veränderter Empfindlichkeit
dargestellte Bildschirmbereich kann auch der Bereich des Kontrollechos (z. B. Endecho
oder Durchschallungsecho) sein, für den die Empfindlichkeit so weit herabzusetzen
wäre, daß bei ausreichende Empfindlichkeit der Fehlerechoanzeige die Echospitzen
von Fehler- und Kontrollechos bzw. deren
Veränderungen gleichzeitig
sichtbar und auswertbar sind.
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Damit ist es möglich, Ankopplungsfehler zu erkennen und Schallschwächungsunterschiede
im Werkstück festzustellen und somit Schallschwächungsmessungen vorzunehemen.
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Weiterhin eröffnet sich die Möglichkeit, in verschiedenen Tiefenbereichen
des Werkstücks mit unterschiedlicher Empfindlichkeit zu arbeiten, indem ein erhöhter
Beanspruchung ausgesetzter Werkstücksbereich mittels des Monitors ausgeblendet wird,
die von ihm herrührenden Signale im Verstärkungssteller ST2 zusätzlich verstärkt
und mit erhöhter Empfindlichkeit auf dem Bildschirm dargestellt werden, sodaß auch
sehr kleine Fehler noch mit hinreichender Deutlichkeit angezeigt werden, wobei jedoch
die Echospitzen aus diesem Bereich und aus den benachbarten Prüfbereichen gleichzeitig
auf dem Bildschirm sichtbar sind.
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Der technische Aufwand zur Erreichung dieser Vorteile ist recht gering,
sodaß die Erfindung sich insbesondere auch für transportable Prüfgeräte eignet.