DE2740106A1

DE2740106A1 - Pitch and catch ultrasonic appts. - has transmitter and receiver probes to detect faults and intermediate probe measuring spurious reflections

Info

Publication number: DE2740106A1
Application number: DE19772740106
Authority: DE
Inventors: Richard Antony Skinner
Original assignee: Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1979-03-15

Abstract

A carrier frame (14) is mounted by means of feet (15) on the outer surface (12) of the wall (11) of a container to be tested. Attached to the frame is a first ultrasonic probe (16) which serves as a transmitter and a second probe (17) which serves as a receiver. The frame also carries position and angle adjusting devices (16A, 17a). A third ultrasonic probe (18) is mounted between the first two. Liquid couplers of known types (16B, 17B, 18B) are employed. The outer probes are used for known pitch-and-catch measuring methods whilst the intermediate probe serves for precise location of spurious reflections.

Description

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zurDesignation: Process and device for

Ultraschall-Weckstückprüfung Die Erfindung bezieht sich auf die zerstörungsfreie Prüfung metallischer Gegenstände mittels eines Ultraschallverfahrens. Ultrasonic alarm test The invention relates on the non-destructive testing of metallic objects using an ultrasonic method.

Zahlreiche Ultraschallprüfverfahren für metallische Gegenstände benutzen eines wron zwei bekannten Arbeitsprinzipien. Entweder wird ein Ultraschallsignal ausgewertet, das von der Ablenkung eines ausgesandten Strahl es durch eine Fehlstelle herrührt, oder es wird die Verminderung eines ausgesandten Signals festgestellt, das infolge Ablenkung oder Absorption an einer Fehlstelle unter einen erwarteten Wert absinkt. Das erste dieser zwei Prinzipien wird häufig als "Impuls-Echo-Verfahren" bezeichnet. Es ist jedoch nicht frei von Problemen, da die Anzeige des Vorhandenseins einer Fehlstelle nur dadurch erlangt werden kann, daß ein Empfänger oder eine Hörsonde an der richtigen Stelle angebracht wird. Unter den Ursachen, die zu Fehlern bei der Fehlstellensuche führen können, sind die zu erwähnen, die herrühren von der Abweichung, die der Prüfling von seiner speziellen Geometrie zeigt, und Defekten, die bei unerwarteten Orientierungen auftreten. Techniken, die das zweite Prinzip benutzen und häufig "Transmissionsverfahren" genannt werden, finden häufig Anwendung zur Uberprüfung von Blechen, Platten und ähnlichem Material, bei denen die gegenüberliegenden Oberflächen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und beide leicht zugänglich sind, so daß eine Sendersonde auf der einen Seite des Prüflings untergebracht werden kann und eine Empfängersonde auf der anderen Seite im Pfad des eintretenden Strahles, der gewöhnlich in den Prüfling senkrecht zu seiner Oberfläche eintritt und ebenfalls senkrecht austritt. Dieses Transmissionsverfahren besitzt zwei Hauptvorteile. Da das Nichtvorhandensein einer Fehlstelle im Pfad des ausgesandten Strahl es den Empfang eines Signals kolMrekter Intensität durch die Empfangssonde ergibt, führt jede Fehlfunktion des Systems, die zu einer Verminderung des empfangenen Signals führt, beispielsweise eine unvollständige Kopplung zwischen Sonde und Prüfling, zu einer Fehleranzeige und demgemäß ist das System ausfalisicher. Zum zweiten wird eine hohe Reflexion und/oder Absorption des Ultraschallsignals durch jede Fehlstelle verursacht, die wenigstens teilweise im Pfad des Strahles liegt, und zwar fast unabhängig von der Form und Lage der Fehlstelle im einzelnen. Das Transmissionsverfahren ergibt demgemäß eine hohe Sicherheit dafür, daß keine Fehlstellen unentdeckt bleiben. Dieses Transmissionsverfahren ist jedoch nur begrenzt anwendbar, da es nur zur Prüfung von Gegenständen oder Bauteilen geeigneter Form benutzt werden kann.Use numerous ultrasonic testing methods for metallic objects one wron two well-known working principles. Either is an ultrasonic signal evaluates the deflection of an emitted beam through a flaw originates from, or the reduction of a transmitted signal is detected, that as a result of deflection or absorption at a defect below an expected one Value drops. The first of these two principles is often called the "pulse-echo method" designated. However, it is not free from problems as it indicates its presence a defect can only be obtained by using a receiver or a hearing probe is attached in the right place. Among the causes that lead to failure may lead to the search for defects, those are to be mentioned that originate from the Deviations that the test object shows from its special geometry and defects, that occur with unexpected orientations. Techniques that the second principle and are often called "transmission methods" are often used for checking sheet metal, plates and similar material where the opposite Surfaces are essentially parallel to each other and both are easily accessible so that a transmitter probe can be accommodated on one side of the test object can and a receiver probe on the other side in the path of the incoming beam, which usually enters the specimen perpendicular to its surface and also exits vertically. This method of transmission has two main advantages. There the The absence of a defect in the path of the emitted beam determines the reception Any signal of correct intensity emitted by the receiving probe will result in any malfunction of the system, which leads to a reduction in the received signal, for example incomplete coupling between the probe and the test item, resulting in an error display and accordingly the system is failsafe. Second, there is a high level of reflection and / or absorption of the ultrasonic signal caused by any imperfections that lies at least partially in the path of the ray, almost independently of the Shape and location of the defect in detail. The transmission method results accordingly a high degree of certainty that no imperfections remain undetected. This transmission method However, it can only be used to a limited extent as it is only used for testing objects or components suitable form can be used.

Eine Abwandlung des oben beschriebenen Transmissionsverfahrens, welches als "pitch-and-catch-Verfahren" bekannt ist, kann im Prinzip in jenen Fällen benutzt werden, wo nur eine Oberfläche des Prüflings zugänglich ist, und zwar dann, wenn der Prüfling eine bekannte und geeignete Form besitzt. Bei diesem Verfahren wird der Eingangsstrahl, der normalerweise ein Scherungswellen-Winkelstrahl innerhalb des Prüflings ist (der anfänglich im Metall unter einem definierten Winkel in dem Bereich zwischen 40° bis 70° gegenüber der Normalen an der Oberfläche verläuft, wo er in den Prüfling eintritt), absichtlich so gerichtet, daß er an einer anderen, und zwar gewöhnlich an der unzugänglichen gegenüberliegenden Oberfläche des Prüflings in der Weise reflektiert wird, daß der reflektierte Strahl wieder an der zugänglichen Oberfläche austritt, wo er durch eine Hörsonde festgestellt wird. Das austietende Signal wird dann im Falle eines fehlerfreien Prüflings als ein Siganl korrekter Intensität angesehen (er wird oft als "Rückwandsignal bezeichnet). Wenn es eine etwas geringere Intensitüt Jat, dann wiid das Vorhandensein einer Fehlstelle an irgendeiner Stelle längs des Pfandes des Ultraschallstrahles angezeigt, wobei diese Fehlsteile im Pfad vor der Reflexionsstelle oder dahinter liegen. Dieses "pitchand-catch-Verfahren" hat mit dem Transmissionsgrundverfahren die Vorteile, daß es ausfallsicher ist und daß es unwahrscheinlich ist, daß vorhanden Fehlstellen untendeckt bleiben. Es ist jedoch titit einem Hauptnachteil verknüpft, der darin liegt, daß das Verfahren selbst gegenüber der kleinen Abweichung von der örtlichen Sollgeometrie des Prüflings sehr empfindlich ist, da eine kleine Diskrepanz in der örtlichen Ausrichtung der Reflexionsoberfläche den reflektierten Strahl so versetzen kann, daß ein beträchtliches Absinken in dem von der Hörsonde gelieferten Signal feststellbar ist. Ein so]ches Signal kann nicht von einem verringerten Signal unterschieden werden, welches von einer Fehlstelle herrührt, die im Pfad des Strahles innerhalb des Metalls liegt. Dieser Nachteil hat sich als so schwerwiegend erwiesen, daß die Anwendung des "pitch-andcatch-Verfahrens" nur auf die Prüfung von Werkstücken beschränkt werden mußte, die eine extrem genaue örtliche Geometrie innerhalb dichter Toleranzgrenzen aufweisen.A modification of the transmission method described above, which Known as the "pitch-and-catch method", it can in principle be used in those cases where only one surface of the test object is accessible, namely when the test object has a known and suitable shape. In this procedure the input beam, which is usually a shear wave angle beam within of the test object (which is initially in the metal at a defined angle in the Area between 40 ° and 70 ° relative to the normal on the surface, where it enters the examinee), intentionally directed so that it usually on the inaccessible opposite surface of the specimen is reflected in such a way that the reflected beam again at the accessible Surface where it exits through a Hearing probe is detected. In the case of an error-free DUT, the signal is then used as a signal correct intensity (often referred to as the "back wall signal") If the intensity is somewhat lower, then there is a defect indicated at any point along the path of the ultrasonic beam, where these missing parts are in the path in front of the reflection point or behind it. This "pitch and catch procedure" with the basic transmission method has the advantages that it is fail-safe and that it is unlikely that any imperfections will remain undiscovered. It is however, it is associated with a major disadvantage, which is that the process itself compared to the small deviation from the local target geometry of the test object is sensitive because of a small discrepancy in the local orientation of the reflection surface can offset the reflected beam so that a considerable drop in the signal delivered by the hearing probe can be determined. Such a signal cannot can be distinguished from a reduced signal, which from a defect which lies in the path of the ray within the metal. This disadvantage has proven to be so serious that the use of the "pitch-andcatch method" only had to be limited to the inspection of workpieces that were extremely accurate have local geometry within tight tolerance limits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses "pitchand-catch-Verfahren" so zu verbessern und abzuwandeln, daß örtliche Eigenheiten der Geometrie eines Prüflings und Abweichungen von dem Nennwert berücksichtigt werden können, wodurch die Wahrscheinliclikeit vermindert wird, daß solche Abweichungen irrtümlich zu einer Fehleranzeige im Prüfling fiihren.The invention is based on the object of this "pitch and catch method" to improve and modify in such a way that local peculiarities of the geometry of a test object and deviations from the nominal value can be taken into account, thereby increasing the probability is diminished that such Deviations erroneously from an error display lead in the test object.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahreri zur Ultraschallprüfung von Werkstücken mittels der "pitch-andcatch-Technik', wobei ein Ultraschallprüfsignal an einem ersten Punkt einer zugärlglicilen ersten Oberfläche des Prüflings in diesen eingeleitet wird und das Prüfsignal an einem zweiten Punkt der ersten Oberfläche abgenommen wird, nachdem diese Prüfsignal den Gegenstand durchlaufen hat und dabei in einem kleinen Bereich einei zweiteri OberfläcEle des Gegenstandes refLektiert wurde, wobei diese zweite Oberfläche der ersten Oberfläche allgemein gegenüberliegt und der zweite Punkt und die Richtung des Empfangs des reflektierten Prüfsignals in Abhängigkeit von gemessenen Daten gewählt werden, welche die Lage des ersten Punktes der ersten Oberfläche, die Richtung der Aufbringung des i'rüfsignals dort und die Lage der ersten Oberfläche an dem ersten Punkt und an dem zweiten Funkt. der ersten Öberfläche in Verbindung mit Daten definieren, die die Lage der zweiten Oberfläche betreffen.The invention is based on a process for ultrasonic testing of workpieces by means of the "pitch-andcatch-technique", whereby an ultrasonic test signal at a first point of an accessible first surface of the test object in this is initiated and the test signal at a second point on the first surface is removed after this test signal has passed through the object and thereby a second surface of the object is reflected in a small area with this second surface generally opposite the first surface and the second point and direction of receipt of the reflected test signal can be selected depending on the measured data, which is the location of the first Point of the first surface, the direction of application of the test signal there and the location of the first surface at the first point and at the second point. the first surface in conjunction with data defining the location of the second Surface concern.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, daß an jedem von einer Mehrzahl von Punkten der ersten Oberfläche ein die Oberfläche lokalisierendes Ultraschallsignal aufgebracht wird, das an jeweils einem solchen Punkt das an dieser Stelle eingeleitete Signal riacii Reflexion jedes Signals an einem relativ kleinen Bereich der zweiten Oberfläche festgestellt wird, daß die Richtung eingestellt wird, mit der jenes Signal aufgebracht wird, und zwar derart, daß dieses Signal, wenn es nach Reflexion empfangen wird, einen Maximalwert besitzt, woraus abgeleitet werden kann, daß das einfallende und reflektierte Signal in dem relativ kleinen Bereich im wesentlichen normal zu der Oberfläche verlaufen, daß die fage und Orientierung der ersten Oberfläche an jedem der Vielzahl von Punkten gemessen wird, daß die Orientierung der eingestellten Richtung gemessen wird, bei der das die Oberfläche lokalisierende Signal on jedem dieser Punkte aufgebracht wird, und daß die Zeit gemessen wird, die von der' Anwendung eines solchen Signals bis zum Empfang nach der Reflexion verstreicht, und daß aus den gemessenen Daten die Stelle und Orientierung der jeweiligen kleinen Bereiche der zweiten Oberfläche berechnet werden und daß die zu beechnendetl Daten als Daten benutzt werden, welche die Lage de) zweiten Oberfläche angeben.According to the invention, the method is carried out in such a way that the surface at each of a plurality of points on the first surface localizing ultrasound signal is applied to each such Point the signal introduced at this point riacii reflection of each signal a relatively small area of the second surface is found that the The direction with which that signal is applied is set in such a way that that this signal, when received after reflection, has a maximum value, from what can be deduced that the incident and reflected Signal are essentially normal to the surface in the relatively small area, that the fage and orientation of the first surface at each of the plurality of points is measured that the orientation of the set direction is measured at which applied the surface localizing signal at each of these points and that the time taken by the application of such a signal is measured until the reception after the reflection elapses, and that from the measured data the location and orientation of the respective small areas of the second surface are calculated and that the data to be calculated are used as data, which specify the position of the second surface.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bezieht sich diese auf eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Gegenstandes auf Fehlsteilen mittels des "pitch-and-catch-Verfahrens", wobei ein IJltraschalJprüfsignal an eirlem ersten Punkt einer zugänglichen ersten Oberfläche des Prüflings eingeführt und das Priifsignal an einer zweiten Stelle der erster Oberfläche nach Durchlaufen des Materials und Reflexion an einem kleinen Bereich der zweiten, augemein gegenüberliegenden Oberfläche des Prüflings empfangen wird, wobei der zweite Punkt und die Richtung des Empfargs des reflektierten Prüfsignals dort in Abhängigkeit von gemessenen Daten gewählt werden, die die Lage des ersten Punktes auf der ersten Oberfläche, die Richtung der Aufbringung des Prüfsignais dort und die Orientierung der ersten Oberfläche an dem ersten Punkt und an dem zweitem Punkt der ersten Oberfläche in Verbindung mit Daten, die die Lage der zweiten Oberfläche betreffen, definieren.According to another feature of the invention, it relates to a device for ultrasonic testing of an object for missing parts by means of of the "pitch-and-catch-procedure", whereby an IJltraschalJprüfsignal on eirlem first Point of an accessible first surface of the test object introduced and the test signal at a second point on the first surface after passing through the material and Reflection on a small area of the second, generally opposite, surface of the test object is received, the second point and the direction of the receiving of the reflected test signal is selected there depending on the measured data be showing the location of the first point on the first surface, the direction the application of the test signal there and the orientation of the first surface in connection at the first point and at the second point of the first surface with data relating to the location of the second surface.

Dabei ist erfindungsgemäß ein Trägeraufbau für den Prüfling versehen, es ist eine erste Ultraschallsendesonde und eine zweite Ultraschallempfangssonde auf dem Trägeraufbau befestigt, die Lage und Winkelstellung von erster Sende bzw. zweiter Sonde relativ zum Trägeraufbau sind einstellbar und überwachbar, so daß eine Einstellung relativ zu dem Prüfling erfolgen kann, und es ist eine Datenaufzeichungs- und -verarbeitungsstufe betriebsmäßig mit den Einstellvorrichtungen der ersten und zweiten Sonde verbunden, um von dieser Daten zu empfangen, die die Stellung und Winkellage der Sonden definieren und außerdem Daten von ersten und zweiten Punkten der ersten Oberfläche des Gegenstandes erhalten, auü die die ersten uiid zweiten Sonden gerichtet sind, wobei (lie Stufe mit I)aterj gespeist wi1d, die die Lage der zweiten Oberfläche definieren und die Anordnung so getroffen ist, daß durch die zweite Stellvorrichtung die Lage und Winkelstellung der zweiten Sonde so gewählt werden kann, wie es erforderlich ist, um ein Prüfsignal zu empfangen, das von der ersten Sonde ausgesandt und an der zweiten Oberfläche des Prüflings reflektiert wurde. According to the invention, a support structure is provided for the test object, it is a first ultrasonic transmitting probe and a second ultrasonic receiving probe attached to the support structure, the position and angular position of the first transmission or second probe relative to the support structure can be adjusted and monitored so that an adjustment can be made relative to the test object, and it is a data recording and processing stage operative with the adjustment devices of the first and second second probe connected in order to receive from this data which the position and Define the angular position of the probes and also data from the first and second points the first surface of the object, including the first and second Probes are directed, being (lie stage with I) fed aterj wi1d which the location define the second surface and the arrangement is made so that by the second adjusting device selected the position and angular position of the second probe as required to receive a test signal from the emitted first probe and reflected on the second surface of the test piece became.

l)es Wesen der Erfindung beruht darauf, daß bei der Durchfiihrung einer Ultraschallprüfung unter Anwendung des pitch-and-catch-Verfahrens die Oberfläche, die als Reflektor für das Prüfsignal während der Überprüfung benutzt wird, nicht einfach als geometrisch richtig angenommen wird, sondern der Prüfling selbst durch Ultraschall so überprüft wird, daß man, ohne sich auf die Nenngeometrie verlassen zu müssen, Abweichungen von der Nenngeometrie automatisch in Betracht ziehen kann.l) the essence of the invention is based on the fact that during implementation an ultrasonic test using the pitch-and-catch method, the surface, which is used as a reflector for the test signal during the test, does not is simply assumed to be geometrically correct, but rather the test object itself Ultrasound is checked in such a way that one can without relying on the nominal geometry having to automatically take into account deviations from the nominal geometry.

Nachstehend wird ein Ausführlmgsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht der zu prüfenden Wandung eines Gefäßes zusammen mit der erfindungsgemäßen Werkstückprüfvorrichtung.An exemplary embodiment of the invention is given below with reference to the Drawing described. The single figure of the drawing shows a schematic sectional view the wall of a vessel to be tested together with the workpiece testing device according to the invention.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt der zu prüfende Behälter eine Wand 11, von der ein Teil im Schnitt dargestellt ist und die eine äußere erste Oberfläche 12 besitzt, die für das Prüfgerät gemäß der Erfindung zugänglich ist, während die innere zweite Oberfläche 13 als unzugänglich angesehen werden kann. Uber der äußeren Oberfläche 12 ist ein Trägeraufbau 14 vorgesellen, der sich mit Füßen 15 auf der Wand abstützt und durch Steuei und Überwachungsvorrichtungen 15A einstellbar ist, durch die die Lage und Winkelstellung des Rahmens 14 relativ zur Wandoberfläche 12 eingestellt werden kann. Der Rahmen 14 trägt eine erste Ultraschallsonde 16 und eine zweite Ultraschall sonde 17, die als Sender bzw. als Empfänger ausgebildet sind und von der "Schubwellenbauart" sind. Außerdem trägt der Rahmen 14 eine erste und eine zweite Einstellvorrichtung 16A und 17A, durch die die Lage und Winkelstellung der ersten und zweiten Sonde gesteuert und überwacht werden kann. Der Rahmen 14 trägt weiter eine dritte Ultraschallsonde 18, die als Transceiver ausgebildet ist und von der Kompressionswellenbauart ist. Durch eine dritte Einstellvorrichtung 18A kann die Lage und Winkelstellung der Sonde 18 eingestellt und überwacht werden. Die drei Sonden 3ind sämtlich in bekannter Weise mit Flüssigkeitskopplersystemen 16B, 17B und 18B ausgestattet.As can be seen from the drawing, the container to be tested has a wall 11, part of which is shown in section and the one outer first Has surface 12 that is accessible to the test device according to the invention, while the inner second surface 13 can be viewed as inaccessible. Above the outer surface 12, a support structure 14 is projected, which is with Feet 15 is supported on the wall and by Steuerei and monitoring devices 15A is adjustable, through which the position and angular position of the frame 14 relative to Wall surface 12 can be adjusted. The frame 14 carries a first ultrasound probe 16 and a second ultrasonic probe 17, which is designed as a transmitter or as a receiver and are of the "push shaft type". In addition, the frame 14 carries a first and a second adjustment device 16A and 17A, through which the position and angular position the first and second probe can be controlled and monitored. The frame 14 also carries a third ultrasonic probe 18, which is designed as a transceiver and is of the compression wave type. By a third adjustment device 18A, the position and angular position of the probe 18 can be adjusted and monitored. The three probes are all in a known manner with liquid coupling systems 16B, 17B and 18B.

Die Sonden 16 und 17 könnten benutzt werden, um das pitch-and-catch-Verfahren in bekannter Weise durchzuführen. Dies würde jedoch zu mannigfachen fehlerhaften Fehlstellenanzeigen führen, wenn die dabei bezüglich der Innengestalt und Form der Innenoberfläche 13 der Wand 11 unzutreffenden Annahmen zugrunde gelegt werden.Probes 16 and 17 could be used to measure the pitch-and-catch procedure to be carried out in a known manner. However, this would lead to multiple errors Defect displays lead if the with regard to the interior shape and shape of the Inner surface 13 of the wall 11 are based on incorrect assumptions.

Gemäß der Erfindung wird jedoch die Sonde 18 benutzt, um eindeutig und klar die Lage und Orientierung mehrerer kleiner Bereiche der Oberfläche 12 festzulegen, an denen ein von der Sonde 16 ausgehender Ultraschallstrahl reflektiert wird, bevor er von der Sonde 17 empfangen wird. Zur Bestimmung der Lage und Orientierung eines solchen kleinen Bereiches wird der Rahmen 14 in geeigneter Weise angebracht und die Sonde 18 wird gegen die Oberfläche 12 an einem bestimmten Punkt A angelegt. Der Sonde 18 sind Mittel 18C zugeordnet, die die Ultraschall-Oberflächenlokalisierungssignale erzeugen und messen, die von der Sonde 18 abgestrahlt und empfangen werden. Diese Mittel 18C messen auch die "Flugzeit" zwischen Ausstrahlung und Empfang (nach Reflexion an der Oberfläche 12). Die Mittel 18C liefern Daten im Hinblick auf die abgestrahlten und empfangenen Signale und die Flugzeit und diese Daten werden einer Aufzeichnungs- und Verarbeitungsstufe 19 zugeführt, der auch von der Steuer- und Uberwachungsvorrichtung 15A und der Einstellvorrichtung 18A Daten bezüglich Lage und Orientierung zwischen Rahmen 14 und Sonde 18 geliefert werden. Die Einstellvorrichtung 18A weist Mittel auf, um die Orientierung der Oberfläche 12 an einem Punkt A relativ zu dem Rahmen 14 festzustellen, und diese Orientierung wird definiert durch die Winkel 7,ß r zwischen der Normalen AN und einer Bezugsachse AR, die relativ zum Rahmen 14 definiert ist. Die Werte der Winkel cY und jj, die durch die Einstellvorrichtung 18A festgestellt werden, werden der Stufe 19 zugeführt, wo sie gespeichert werden. Die Winkellage der Sonde 18 in bezug auf den Punkt A wird dann durch die Einstellvorrichtung 18A (falls erforderlich, unter automatischer Steuerung der Stufe 19) so eingestellt, daß das von der Sonde 18 nach Abstrahlung und darauffolgender Reflexion an der Oberfläche 13 empfangene Signal einen Maximalwert hat. Dieser Maximalwert zeigt, sn, daß die Richtung des abgestrahlten und reflektierten Signals senkrecht zur Oberfläche 13 in dem kleinen Bereich bei 0 verlaufen, wo der Strahl einfällt. Die entsprechenden festgestellten Winkelwerte r und d werden dann der Stufe 19 zugeführt, und zwar ebenso wie die Daten, die die abgestrahlten und empfangenen Signale und die Laufzeit betreffen und über die Stufe 18C geliefert werden. In Verbindung mit dem wirksamen Brechungsindex bei A genügen die über die Einstellvorrichtung 18A und die Stufe 18C der Stufe 19 gelieferten Daten, um es der Stufe zu ermöglichen, die Lage und Orientierung des kleinen Bereichs der Oberfläche 13 am Punkt O zu berechnen. Wenn der kleine Bereich bei O unmittelbar als Reflektor für ein Ultraschallprüfsignal zu benutzen ist, welches von der Sonde 16 abgestrahlt und durch die Sonde 17 empfangen wird, während der Prüfvorgang nach dem pitch-and-catch-Verfahren durchgeführt wird, ist es aus praktischen Gründen zweckmäßig (es ist jedoch nicht wesentlich für die Erfindung), zuerst die Träger 15 so einzustellen, daß der Rahmen 14 parallel zu dem kleinen Bereich der Oberfläche 13 am Punkt 0 gebracht wird, wie dies durch die Stufe 19 berechnet wurde. Dies kann automatisch durch die Vorrichtung 15A unter der Steuerung des Rechners 19 erfolgen.According to the invention, however, the probe 18 is used to unambiguously and clearly define the position and orientation of several small areas of the surface 12, at which an ultrasonic beam emanating from the probe 16 is reflected before it is received by the probe 17. To determine the location and orientation of a such a small area, the frame 14 is attached in a suitable manner and the probe 18 is applied against the surface 12 at a certain point A. Means 18C are associated with the probe 18 and receive the ultrasonic surface localization signals generate and measure which are emitted and received by the probe 18. These Means 18C also measure the "time of flight" between transmission and reception (after reflection on the surface 12). The means 18C provide data relating to the radiated and received signals and the flight time and this data is a recording and processing stage 19, which is also supplied by the control and monitoring device 15A and the setting device 18A data relating to position and orientation between Frame 14 and probe 18 are supplied. The adjustment device 18A has means to the orientation of the surface 12 at a point A relative to the frame 14 to be determined, and this orientation is defined by the angle 7, ß r between the normal AN and a reference axis AR which is defined relative to the frame 14. The values of the angles cY and jj given by the Adjustment device 18A, are passed to stage 19 where they are stored. The angular position of the probe 18 with respect to point A is then determined by the adjustment device 18A (if necessary, under automatic control of level 19) so set, that that of the probe 18 after radiation and subsequent reflection on the surface 13 received signal has a maximum value. This maximum value shows, sn, that the Direction of the emitted and reflected signal perpendicular to the surface 13 in the small area at 0 where the ray is incident. The corresponding determined angle values r and d are then fed to the stage 19, namely as well as the data, the emitted and received signals and the transit time and are delivered via level 18C. In conjunction with the effective The refractive index at A is sufficient for the adjustment device 18A and the step 18C of the stage 19 provided data to enable the stage, the location and Calculate the orientation of the small area of the surface 13 at point O. if the small area at O directly as a reflector for an ultrasonic test signal which is emitted by the probe 16 and received by the probe 17 is to be used is carried out while the testing process is carried out according to the pitch-and-catch method, it is convenient for practical reasons (however, it is not essential for the Invention), first adjust the carrier 15 so that the frame 14 is parallel to the small area of the surface 13 is brought at point 0, as indicated by the Level 19 was calculated. This can be done automatically by the device 15A below the control of the computer 19 take place.

Die Sonde 16 wird dann durch die Stellvorrichtung 17A auf einen Punkt B auf der Oberfläche 12 ausgerichtet, von dem die Lage und die Oberflächennormale durch die l'arameter X1. Y1. ß 1 (wie in der Zeichnung dargestellt) definiert werden, die durch die Stellvorrichtung 16A überwacht werden und dadurch nach der Einheit 19 gelangen. Die dann für den Rechner 19 verfügbaren Daten ermöglichen zunächst eine Uberprüfung, ob die gewählte Stellung geeignet ist, und wenn dies nicht der Fall ist, dann wird eine geeignete Einstellung bewirkt, und danach werden die erforderlichen Parameter γ 1 und 41 1 berechnet und die Stellvorrichtung 16A wird so gesteuert, daß die Sonde 16 entsprechend so eingestellt wird, daß das Ultraschallprüfsignal, welches von der Sonde abgestrahlt wird, auf einen kleinen Bereich der Oberfläche 13 am Punkt 0 einfällt und hier reflektiert wird. In gleicher Weise werden, wenn die Sonde 17 durch die Stellvorrichtung 17A so bewegt wird, daß sie die Oberfläche 12 am Punkt C berührt, die Parameter x2, y2, die durch die Stellvorrichtung 17A überwacht und dem Rechner 19 zugeführt werden, so durch die Stellvorrichtungen unter der Steuerung des Rechners 19 eingestellt, daß der Punkt C auf dem berechneten Pfad des reflektierten Signals zu liegen kommt. Die Oberflächennormale bei C, die dadurch die Parameter α2 und ß 2 definiert wird, welche durch die Stellvorrichtung 17A überwacht und dem Rechner 19 zugeführt werden, ermöglicht eine Einstellung der Lage der Sonde 17 unter der Steuerung des Rechners 19, um eine Ausrichtung auf den reflektierten Strahl zu erreichen, nachdem dieser bei C gebrochen wurde,und unter Winkelparametern γ γ 2 und 2 auszutreten, wie dies durch den Rechner 19 bestimmt wurde. Unter der Steuerung des Rechners 19 werden die Sonden 16 und 17 im Hinblick auf einen optimalen Empfang des Ultraschai Iprüfsignals ausgerichtet, das vom Sender 16 abgestrahlt und vom Empfänger 17 empfangen wird, nachdem es in einem kleinen Oberflächenbereich bei 0 reflektiert wurde, wobei die Lage dieses kleinen Oherflächenbereiciis 0 und die Winkelorientierung durch tatsächliche physikalische Uberprüfung unt-er Zuhilfenahme der Sonde 18 festgelegt wurde.The probe 16 is then pointed to a point by the adjusting device 17A B aligned on the surface 12, of which the position and the surface normal through the parameters X1. Y1. ß 1 (as shown in the drawing) can be defined, which are monitored by the actuator 16A and thereby after the unit 19 arrive. The data then available for the computer 19 initially make it possible a review of whether the position chosen is suitable, and if not so If so, then an appropriate adjustment is effected, and thereafter the necessary adjustments are made Parameters γ 1 and 41 1 are calculated and the actuating device 16A is controlled so that the probe 16 is adjusted accordingly so that the ultrasonic test signal, which is emitted by the probe onto a small area of the surface 13 occurs at point 0 and is reflected here. In the same way, if the probe 17 is moved by the actuator 17A so that it touches the surface 12 touches at point C, the parameters x2, y2, which are set by the adjusting device 17A monitored and fed to the computer 19, so by the actuators below the control of the computer 19 set that the point C on the calculated path of the reflected signal comes to rest. The surface normal at C, which thereby the parameters α2 and ß 2 is defined, which by the adjusting device 17A are monitored and fed to the computer 19, enables the setting Position the probe 17 under the control of the computer 19 to align with the reflected beam after it has been refracted at C, and below Angular parameters γ γ 2 and 2 exit as indicated by the computer 19 was determined. Under the control of the computer 19, the probes 16 and 17 in view for optimal reception of the ultrasonic test signal aligned, which is emitted by the transmitter 16 and received by the receiver 17, after reflecting at 0 in a small surface area, the Position of this small surface area 0 and the angular orientation by actual physical check with the aid of the probe 18 has been specified.

Der Rechner 19 empfängt außerdem über die Stufen 16C und 17C Daten, welche die abgestrahlten und empfangenen Signale betreffen, wodurch nicht nur ein Vergleich der Intensität in bekannt er Weise durchgeführt werden kann, sondern auch eine geeignete Korrektur hinsichtlich der Abschwächung infolge der Distanz, die vom Punkt B aus nach dem Punkt G über den Bereich 0 durchlaufen wurde. Indem diese Abschwächung in bekannter Weise in Betracht gezogen wird und wenn die Empfängersonde 17 genau in ihrer Lage zum Empfang des Ultraschal]signals ausgerichtet ist, welches von einem kleinen Oberflächenbereich herrührte, der tatsächlich festgestellt wurde und nicht nur einer Annahme zugrunde liegt, wird die Gefahr irrtümlicher Fehleranzeigen im durchlaufenen Pfad stark vermindert und die Vorrichtung wird betriebssicherer.The computer 19 also receives data via stages 16C and 17C, which concern the emitted and received signals, whereby not only one Comparison of the intensity can be done in a known manner, but also an appropriate correction for the attenuation due to the distance that was traversed from point B to point G via area 0. By this Attenuation in a known manner is considered and when the receiving probe 17 is precisely aligned in its position to receive the ultrasonic] signal, which came from a small surface area that was actually detected and is not just based on an assumption, there is a risk of erroneous error messages is greatly reduced in the path traversed and the device is more reliable.

Nachdem eine Fehlstelle durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren festgestellt wurde, kann das Ausmaß dieser Fehlstelle und die Frage, wie schwer diese Fehlstelle ist, teilweise dadurch festgestellt werden, daß das Ausmaß beobachtet wird, um das die Intensität des von der Sonde 17 empfangenen Signals unter den erwarteten Wert vermindert wird. Teilweise kann dies dadurch festgestellt werden, daß mehrere benachbarte Punkte (z. B. benachbarte Punkten auf einem regularen Punktraster, auf denen routinemäßig Prüfungen durchgeführt wurden, gleichgültig, ob eine Fehlstelle festgestellt wurde oder nicht) einer Prüfung unterzogen werden und indem dann festgestellt wird, über welchem Bereich die Fehlstelle noch feststellbar ist.After a defect by the inventive method described above Procedure determined may be the extent of this flaw and the question of how difficult this defect is, can be determined in part by the extent is observed by which the intensity of the signal received by the probe 17 is decreased below the expected value. In part, this can be determined by this that several neighboring points (e.g. neighboring Points on a regular grid of points on which tests were routinely carried out, regardless of whether a defect was found or not) subjected to a test and by then determining the area over which the defect is still is detectable.

Außerdem kann das Ausmaß der Fehlstelle dann auch noch durch andere herkömmliche Techniken überprüft werden, beispielsweise auch durch Impuls-Echo-Verfahren.In addition, the extent of the defect can then also be determined by others conventional techniques can be checked, for example also by pulse-echo methods.

Die Überwachung der verschiedenen linearen Parameter und der Winkelparameter, die dem Computer 19 zugeführt werden, kann in herkömmlicher Weise erfolgen, unter Benutzung elektrischer Analog- oder Digital-Stellungsanzeiger, und der Computer 19 kann elektrische Analogsysteme oder Digitalsysteme oder möglicherweise Hybrid-Analog/Digital-Systeme benutzen, um die erforderlichen Berechnungen durchzuführen und die erforderlichen Steuersignale zu liefern.The monitoring of the various linear parameters and the angular parameters, which are fed to the computer 19 can be done in a conventional manner, under Use of electrical analog or digital position indicators, and the computer 19 may be electrical analog systems or digital systems or possibly hybrid analog / digital systems to make the necessary calculations and make the required To deliver control signals.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehend an Hand der Zeichnung beschriebene Vorrichtung sehr vielseitig verwendbarist, da sie gewisse Freiheitsgrade besitzt, innerhalb derer die Sonden einsteljtrcr sind, wobei der Bereich groß genug ist, um eine Anpassung aci eine Vielzahl von Oberflächenprofilen und an örtliche Unregelmößigkeiten zu ermöglichen. Es kann für Prüflinge mit einer relativ einfachen Geometrie, die frei sind von größeren örtlichen Unregelmäßigkeiten, auch ein einfachers System ausreichend sein.It can be seen that the above described with reference to the drawing Device is very versatile because it has certain degrees of freedom, within which the probes are adjustable, the area being large enough to adapt aci a variety of surface profiles and local irregularities to enable. It can be used for specimens with a relatively simple geometry that are free from major local irregularities, even a simpler system be enough.

So kann die Sonde 16 beispielsweise so ausgebildet werden, daß sie der äußeren Oberfläche des Prüflings mit einem festen Winkel @1 (= γ1 - α1) zwischen Sondenachse und Oberflächennormale folgt, und die Einstellung der Lage geschiebt dann einfach durch Einstellung von xl, möglicherweise unterzusätzlicher geringer Einstellung der seitlichenWinkellage # 1, wenn die Oberfläche nicht zuverlässig regelmäßig in dieser Beziehung ist, bis die Kombination von x1,y1, #1 und #1 erreicht ist, wo der ausgesandte Ultraschallstrahl so gerichtet ist, daß er auf dem vorgewählten und vorher überprüften kleinen Oberflächenbereich bei 0 auftrifft und doL't reflektiert wird. In gleicher zweite könnte die Sonde 17 so ausgebildet weiden, daß sie der Oberfläche des Prüflings folgt, bis eine geeignete Kombination von Parametern x2 und y2 erhalten ist, wodurch angezeigt wird, daß (wie durch den Computer 19 berechnet) eine Einstellung im Pfad des reflektierten Signals gewährleistet ist. Es hängt vom Ausmaß der Regelmäßigket des Prüflings ab, ob die Sonde 18 mit einem im wesentlichen festen Winkel # 2 (= # 2 - # 2) betätigt wird oder mit einer etwas unabhängigen Hinstellurlg von # , und auch von ß 2, wenn dies für einen zufriedenstellenden Berieb ererforderlich ist.For example, the probe 16 can be designed so that it the outer surface of the test object with a fixed angle @ 1 (= γ1 - α1) between the probe axis and the surface normal follows, and the setting of the position then simply pushed by setting xl, maybe additional low setting of the lateral angular position # 1 if the surface is not reliable is regular in this relationship until the combination of x1, y1, # 1 and # 1 reaches is where the emitted ultrasonic beam is directed so that it is on the selected one and previously checked small surface area hits at 0 and doesL't reflect will. In the same second, the probe 17 could graze designed so that it the Surface of the test object follows until a suitable combination of parameters x2 and y2 is obtained, indicating that (as calculated by computer 19) an adjustment in the path of the reflected signal is guaranteed. It depends on the Extent of the regularity of the test object from whether the probe 18 with a substantially fixed angle # 2 (= # 2 - # 2) is operated or with a somewhat independent Addition of #, and also of ß 2, if this is for a satisfactory operation is required.

Unabhängig davon, ob ein voll anpassungsfähiges System benutzt wird, wie dieses in der Zeichnung dargestellt ist, oder eine vereinfachte Version zur Anwendung kommt, die für die Prüfung eines hinsichtlich Geometrie und Gestalt relativ einfachen Prüflings geeignet ist, wird die Überprüfung eines Prüflings durch des erfindungsgemäße Verfanren normalerweise erfordern, daß die räumliche Lage und Orientierung der reflektierende Oberfläche an einer großen Zahl von Punkten, z. B. dem Punkt 0, mittels der Sonde 18 durchgeführt wird. Es kann sich in der Praxis, wie oben erwähnt, als zweckmäßig erweisen, den Oberflächenbereich unmittelbar nachdem seine Lage und Orientierung bestimmt ist, als Reflexionsoberfläche bei der Durchführung des pitch-and-cntch-Verfal;rens mit den Sonden 16 und 17 zu benutzen. Die Durchführung dieser Folge ist jedoch kein wesentliches Merkmal der Erfindung. Wenn die Daten bezüge ich einer großen Zahl von Oberflächenpunkten bestimmt sind, welche gemessen urid dem Computer 19 zugeführt und dort gespeichert wurden, wird es fiir den Computer 19 möglich, durch Interpolation zwischen direkt gemessenen Punkten unzugängliche Reflexionoberflächen zugänglich zu machen,und somit kann des pitch-and-catch-Verfahren unter Verwendung eines Reflexionspunktes in einem kleinen Bereich o der unzugänglichen Oberfläche durchgeführt werden, wobei die Lage und Orientierung dieses betreffenden Punktes nicht direkt durch die Sonde 18 meßbar sein muß, weil z. B. gewisse äußere Hindernisse auf der äußeren Oberfläche eine entsprechende Posit; i oni erung der Sonde 18 verhindern. Außerdem kann e; unter gewissen Umständen (z. B. wenn ein Gegellstand periodisch wieder getestet werden soll) zweckmäßig sein, die Sonde 18 in der oben beschriebenen Weise zu benutzen und eine mehr oder weniger voll ständige Überwachung der unzugänglichen Oberfläche durchzuführen, von der die Reflexion zur Durchführung der darauffolgenden Prüfvorgänge durch die Sonden 16 und 17 durchgeführt wi.rd. Die Daten für zahlreiche Punkte dieser Oberfläche, die erhalten werden,können dann aufgezeiclmet und gespeichert werden, bevor die erneute pitchand-catch-Überprüfung durchgeführt wird. Die gespeicherten Daten körnigen immer dann benutzt werden, wenn danach eine pitch-and-catch-UbelTrüfung durch die Sonden 16 und 17 durchgeführt wird, wobei eine Reflexion entweder an Oberflächenpunkten erfolgt, deren Daten vorher aufgezeichnet wurden, oder, wie oben erwähnt, unter Benutzung von Oberflächenpunkten, für welche diese Daten durch Interpolation der gemessenen Daten erlangt wurden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt wird, daß zunächst durch die Sonde 18 eine Überwachung der Oberfläche durchgeführt wird, wo die Reflexion erfolgen soll, und dann darauffolgend eine oder mehrere Prüfungen nach dem pitch-and-catch-Verfahreri unter Reflexion und Benutzung der Sonden 16 und 17 durchgeführt wird, ist es für die Erfindung nicht wichtig, daß die Sonden 16, 17 und 18 auf einem gemeinsamen Trägeraufbau montiert sind, und es ist auch nicht wesentlich, daß sie sämtlich gleichzeitig in der Nähe des Prüflings vorhanden sein müssen.Regardless of whether a fully adaptable system is used, as shown in the drawing, or a simplified version for Application is used for testing a relative geometry and shape simple test item is suitable, a test item is checked by the Procedures according to the invention normally require spatial location and orientation the reflective surface at a large number of points, e.g. B. the point 0, is carried out by means of the probe 18. It can turn out in practice as above Mentioned, prove useful, the surface area immediately after its Position and orientation is determined as a reflection surface at the execution of the pitch-and-cntch procedure with probes 16 and 17. The implementation however, this consequence is not an essential feature of the invention. When the data I refer to a large number of surface points determined which are measured If it has been supplied to the computer 19 and stored there, it will be for the computer 19 possible, inaccessible by interpolation between directly measured points To make reflection surfaces accessible, and thus the pitch-and-catch process using a reflection point in a small area o the inaccessible Surface are carried out, the location and orientation of this being concerned Point does not have to be measurable directly by the probe 18, because z. B. certain external Obstacles on the outer surface have a corresponding position; i oni eration of the Prevent probe 18. In addition, e; under certain circumstances (e.g. if a counter stand to be tested periodically again), the probe 18 in the above described manner and a more or less complete monitoring perform the inaccessible surface from which to perform the reflection the subsequent test procedures carried out by probes 16 and 17 wi.rd. The data for numerous points on this surface that are obtained can then recorded and saved before the renewed pitch and catch check is carried out. The stored data granular will always be used when a pitch-and-catch-evil test was then carried out using probes 16 and 17 is, whereby a reflection either takes place at surface points whose data previously recorded, or, as mentioned above, using surface points, for which this data by interpolation of the measured data were obtained. When the method according to the invention is carried out in the manner that the surface is first monitored by the probe 18, where the reflection should take place, and then one or more tests after the pitch-and-catch procedure with reflection and use of the probes 16 and 17, it is not important to the invention that the probes 16, 17 and 18 are mounted on a common support structure, and it is it is not essential that they all be present in the vicinity of the test object at the same time must be.

Claims

Claims 1. Method for Ultrasc11alL workpiece testing according to the "pitch and catach" technique, with an ultiaschal lpriifsignal at a first Point of an accessible first surface of the test body initiated and the test signal at a second point of the first surface after passing through the test object and Receive reflection in a small area of a second surface of the specimen with the second surface facing the first surface and the second Point and direction of reception of the reflected test signal as a function from measured data is chosen, the position of the first point on the first Surface, the direction of emission of the test signal and the location of the first Surface at the first point and at the second spark the first surface IL Define connection with data concerning the location of the second surface, thereby noting that at each of a plurality of points an ultrasonic surface localization signal is initiated on the first surface it becomes that at each of these points the signal introduced at that point after reflection of the signal is received in the relatively small area on the second surface that the direction in which the signal is introduced is set so that that the signal received after reflection receives a maximum value in order to ensure that the incident and reflected signal in the small area concerned is substantially normal to the surface that the location and measuring the orientation of the first surface at each of the points that the Orientation of the set direction is measured, in which the surface localization signal at each of these points, and that the transit time is measured between Initiation of the signal and reception after reflection uiid that measured from such Data the location and orientation of each of the small areas of the second surface is calculated using the data calculated in this way as reference data, which concern the anor (inur; of the second surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that at least one of the small areas, the location and orientation of which calculates wild, as small Area is used in which the test signal is used when performing the pi'tch-and-catch procedure is reflected.

3. The method according to claim 1, characterized in that lie is calculated Data relating to the location and orientation of at least some of the small areas can be used to calculate appropriate data that shows the location and orientation of an intermediate region of the second surface, which are affected by Interpolation can be determined, and that such interpolated small areas used as reflection areas when performing the pitch-and-catch-VelW rides will.

4. Device for carrying out the ultrasonic workpiece testing method according to claims 1 to 3 using the pitch-and-catch method, in which a Ultrasonic test signal at a first point of a first accessible The surface of the test object is pasted and the test signal at a second point the first surface after passing through the test specimen and reflecting on a small one Area of a second surface of the object is received, the second Surface of the first surface is opposite and the second point and the receiving direction of the reflected test signal can be selected depending on the measured data, which is the location of the first point on the first surface, the direction of introduction of the test signal wi this point and the orientation of the first surface at the first point and at the second point of the first surface in connection with Data definers that indicate the location of the second surface are thus not g e ned It is noted that a support structure is provided which has means for to hold the test specimen in a predetermined position that a first ultrasonic transmitter probe and a second ultrasonic receiving probe is disposed on the support structure in that first and second adjusting devices are provided to adjust the position and orientation the first probe and the second probe relative to the support structure and accordingly relative to be able to set the Irüfling, and that a data storage and treatment unit operationally vol of the first and second actuating device receives data that the Location and orientation of the first and second. Probe and the first and second Define point of the first surface of the object if the first and second Probe rest against the workpiece, the unit also still with; Data is fed, which relate to the location of the second surface and operationally above the second adjusting device selected the position and orientation of the second probe as required to receive a test signal from the first The probe is emitted and reflected from the second surface of the test object.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that a third Transceiver probe is fixed on the support structure and that a third adjusting device the position and orientation of the third transceiver probe in relation to the support structure and accordingly adjusts relative to the device under test that the data recording and Processing unit receives operational data from the third control device, showing the position and orientation of the third probe and a third point on the Define the first surface of the test specimen with the third probe against the test specimen is depressed and that data is received from the third probe relative to a Surface localization signal emitted by the third probe and is received after reflection on the second surface of the article and wherein a connection with the third adjusting device is provided to the third probe set so that the surface location signal upon reception after reflection receives a maximum value, whereby the third probe and the third adjusting device are enabled to transfer data to the recording and processing unit deliver, these data relating to the position of the second surface.