DE2853170A1

DE2853170A1 - Verfahren und vorrichtung zur dickenmessung an prueflingen mittels ultraschalles

Info

Publication number: DE2853170A1
Application number: DE19782853170
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ing Grad Foerstermann; Peter Dipl Ing Dr Moeller
Original assignee: DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE; KARL DEUTSCH PRUEF- und MESSGERAETEBAU
Current assignee: Karl Deutsch Pruef- und Messgeraetebau and Co K GmbH
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2853170C2

Description

Verfahren und Vorrichtuns zur Dickenmessung an Prüflinaen
mittels Ultraschalles.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dickenmessung an Prüflinge mit parallelen Reflexionsflächen im Impulsrelexionsverfahren mittels Ultraschalles, bei dem die Zeit als Kriterium für die vom Ultraschall zurückgelegte Weglänge gemessen wird, die zwischen dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch zwei aufeinanferfolgend eintreffende Ultraschallimpulse versteicht.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens mit Einzel- oder Doppelschwinger-Prüfköpfe zur Einleitung von Ultraschall-Impulsen in den Prüfling und zum Empfang der reflektierten Impulse sowie mit einer eine Zählvorrichtung enthaltenden Meß- und Auswerteeinrichtung, in der ein Steuersignal für das Ein-bzw. Abschalten eines Zeitzählers erzeugt wird bei Überschreiten der vorgegebenen Schwellwerte durch zwei zeitlich aufeinanderfolgend eintreffende Ultraschall-Iqpulse.
Die Messung der Matrialdicke mittels-pltraschalles im Impuls-Reflexions-Verfahren geht wie folgt vor sich: Ein auf die Materialoberfläche direkt oder über eine Vorlaufstrecke angekoppelter Prüfkopf leitet einen Ultraschall-Impuls in das Material ein. Die an den Materialoberflächen reflektierten Impulse werden entsprechend den Schall-Laufwegen in zeitlichen Abständen vom Prüfkopf empfangen. Diese zeitlichen Abstände werden gemessen als Kriterium für die Länge des in ihnen zurückgelegten Weges des Schalles. Die Zeitzählung wird je nach Materialdicke entweder zwischen Sende-Impuls und Rückwand-Echoimpuls oder bei Betrieb mit Vorlaufstrecke zwischen erstem Ultraschall-Signal (Oberflächenecho) und zweitem Ultraschall-Signal (Rückwandecho) oder zwischen zwei der folgenden Ultraschall-Signale (z.B. erstes und zweites Rückwandecho) durchgeführt. Voraussetzung für ein auswertbares Meßergebnis ist eine stabile Ankopplung, d.h. die Höhe der Spannung der zu bewertenden Autraschall-Impulse muß einen ausreichenden Abstand zum Grundrauschen besitzen. Aus diesem Grund wird bei den üblichen bekannten Meßverfahren für jedes zu bewertende Ultraschall-Signal eine einstellbare, feste, analoge Vergleichsschwelle gesetzt, bei deren Überschreiten durch das Ultraschall-Signal der Meßvorgang gestartet und gestoppt wird. Dabei gilt als Meßwert für die Materialdicke die zwischen dem Starten und Stoppen der Meßeinrichtung abgelaufene Zeit.
Diese Meßeinrzchtung ist entweder analog oder digital aufgebaut. Bei analoger Messung wird eine Zeit-proportional anstei,gende Spannung als Meßwert ausgegeben, der anschließend digitalisiert wird. Dieses Verfahren bietet den Vorteil einer unendlich feinen Auflösung (Meßgenauigkeit), die jedoch durch die Instabilität der analogen Bausteine (Temperaturdrift usw.) begrenzt wird, sodaß bei einer Einzelmessung eine Genauigkeit von nicht mehr als 0,1 mm erreicht werden kann. Bei digitaler Messung wird eine digitaler Laufzeitzähler verwendet, dessen Auflösung von der gewählten Zählfrequenz abhängig ist. Bei den meisten bekannten Meßsystemen werden Frequenzen von maximal 30 MHz verwendet, sodaß die Auflösung bei einer Einzelmessung ebenfalls 0,1 mm beträgt.
Da die Meßgebauigneit entscheidend von der Amplitude und Frequenz des Ultraschall-Signals abhängt, bietet eine feinere Auflösung der Meßeinrichtung keine Vorteile mehr.
Das Starten und Stoppen der Meßeinrichtung hängt nämlich davon ab, wann die ansteigende Flanke der bewerteten Ultraschall-SChwingung die analoge Vergleichsschwelle überschreitet. Bei einer Schwingung von z.B. 6 MHz und einer Schallgeschwindigkeit von 6000 m/sec. beträgt die Wellenlänge des Ultraschall-Signals lamm. Ein Viertel der WEllenlänge, d.h. 0,25 mm, entspricht dem Bereich der Anstiegsflänke, von der die Messung abgeleitet wird.
Unter Berücksichtigung des doppelten Laufweges der Impuls-Reflexions-Methode läge die Meßgenauigkeit unter diesen Voraussetzungen besser als 0,125 mm. Da die Höhe der Impulsspannung nicht nur von den Ankopplungsbedingungen, sondern zusätzlich von der Materialdicke abhängt, kann bei derartigen Meßmethoden mit festerVergleichsschwelle nicht sicher gestellt werden, daß die Phasen;-lage der Ultraschall-Schwi ng beim Überschreiten der Vergleichsschwelle immer gleich ist, sodaß auch aus diesem Grunde eine höhere Meßgenauigkeit als 0,1 mm bei einer Einzelmessung nicht möglich ist.
Um die durch die unterschiedlichen Phasenlagen bedingten Ungenauigkeiten der Messung herabzusetzen, wurden Meßverfahren für statische Ankopplung entwickelt (keine Bewegung zwischen Prüfkopf und Materialoberfläche), bei denen sich der Meßvorgang über mehrere Prüftakte erstreckt.
Bei diesen Verfahren wird die analoge oder digitale Laufzeit aus mehreren Prüftakten aufsummiert, sodaß die Meßgenauigkeit statistisch entsprechend der verwendeten Prüftaktzahl erhöht wird. Diese Verfahren bleiben jedoch stets in ihrer Anwendbarkeit auf statische Ankopplung beschränkt.
Überdies besitzen sie den Nachteil, daß für ein Meßergebnis eine Vielzahl von Prüftakten benötigt wird, wodurch der Meßvorgang verlangsamt wird.
Bei dynamischen Dickenmessungen, bei denen die Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Prüfling bis zu 3 m/sec. betragen kann, lassen sich Messungen über mehrere Takte aus folgenden Gründen nicht durchführen: - Die Höhe und Phaenlage des Ultraschall-Signals schwankt aufgrund veränderlicher Ankopplungsbedingungen so stark, daß der Phasenfehler in Bezug auf die feste Vergleichsschwelle nicht kompensiert werden kann.
- Der Impulsabstand an der Prüflingsoberfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prüftakten darf nicht größer als ca. 1 mm sein, sodaß wegen der durch die Schallaufzeit begrenzten Impulsfolgefrequenz micht mehrere Prüftakte zur Verfügung stehen.
Bei dynamischer Prüfung ist eine Dickenmessung somit nur innerhalb eines Prüftaktes durchführbar.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Phasenfehler durch folgende Maßnahmen zu kompensieren: die ansteigende Flanke des Ultraschall-Signals startet bei Überschreiten der analogen Vergleichsschwelle einen ersten Laufzeitzähler. Die abfallende Flanke derselben Halbwelle startet bei Überschreiten derselben Vergleichsschwelle einen zweiten Laufzeitzähler. In gleicher Weise wird der erste Zähler von der ansteigenden Flanke des nächsten Ultraschall-Signals und der zweite von der abfallenden Flanke gestoppt. Aus beiden Zähler-Meßwerten wird der Mittelwert gebildet und als Meßwert ausgegeben. Bei einer Zählfrequenz des digitalen Laufzeitzählers von mehr als 3000 AEz soll bei diesem Verfahren eine Meßgenauigkeit von mehr als 0,01 mm erreichbar sein. Eine entscheidende Unsicherheit dieses Verfahrens liegt jedoch darin begründet, daß bei Ultraschtl-Impulsen mit mehr als einer Schwingung infolge von Schwankungen der Impulshöhen die feste analoge Vergleichsschwelle nicht sicher von der ersten Halbwelle, sondern unter Umständen von der höheren zweiten Halbwelle überschritten wird, sodaß als Meßfehler die halbe Wellenlänge oder ein Mehrfaches derselben auftreten kann, Ein weiterer Nachteil be -steht in dem größeren Aufwand an Zähleinrichtungen, da für jeden Wanddickenmeßwert zwei Zähleinrichtungen mit einer nachträglichen Mittelwertbildung erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dickenmessung zu schaffen, das bzw. die sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Prüfung Meßgenauigkeiten besser als 0,01 mm erreichen läßt, auch bei schwankenden Höhen der Ultraschall-Signale, d.h. für stark bedämpfte Breitbandschwinger mit einer Schwingung als auch für weniger stark bedämpfte Schmalband-Schwinger mit mehreren Schwingungen, ohne daß Meßwerverfälschungen durch Phasenungenauigkeiten und Phasensprünge auftreten.
Das Verfahren gemäß der ERfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschwellwerte als um eine voreinstellbare Differenz niederigere Referenzspannungen von den jeweiligen Spitzenwerten der ersten positiven oder negativen Halbwelle der beiden Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, automatisch abgeleet werden und daß diese Impulse verzögert und mit dem von ihnen abgeleiteten Schwellwert vergleichen werden unter Erzeugung der Steuersignale für das Starten und Stoppen der Laufzeitmessung beim Überschreiten der Schwellwerte.
Die Vorribhtung zur Ausübung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch Komparatoren in der Meß- und Bewertungsvorrichtung, deren einem Eingang jeweils einer der Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, verzögert zugeleitet wird undan deren anderem Eingang eine in Anhängigkeit vom Spitzenwert der ersten postiven oder negativen Halbwelle des jeweiligen zu bewertenden Ultraschall-Signals automatisch eingestellte, um eine voreinstellbare Differenz niederigere Referenzspannung als Schwellwert ansteht und die bei Überschreiten der Referenzspannung durch ein Ultraschall-Signal Steuersignale für das Starten und Stoppen des Zeitzählers abgeben, dadurch Meßtore für die Messung der Laufzeit als Kriterium für die Dicke setzend.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1: Spannungsverlauf-Diagramme für eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens, Fig. 2: ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens, Fig. 3: Spannungsverlauf-Diagramme für eine abgewandelte Ausführungsform des Verfahrens, Fig. 4, 5 und 6: Spannungsverlauf-Diagramme für Weiterentwicklungen des Verfahrens, Fig. 7: ein das Prinzip der gleitenden Mittelwertbildung veranschaulichendes Balken-Diagramm und Fig. 8: eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Bestimmung der Geometrie rotationssymmetrischer Prüflingsquerschnitte mittels des Verfahrens nach der ERfindung.
Bei Ausübung des Verfahrens nach Fig. 1 mit einer Vorrichtung nach Fig. 2 wird im Impuls-Reflexionsbetrieb mit einem Prüfkopf oder mehreren im Multiplex-Verfahren getakteten Prüfköpfen gearbeitet. Mit Hilfe eines digitalen hochfrequenten Laufzeitzählers 19, deseen Zählfrequenz gleich dem halben Quotienten aus Schallgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit ist (z.B. 296 MHz bei 5920 m/sec, Schallgeschwindigkeit und 0,01 mm Meßgenauigkeit) wird die Laufzeit zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Ultraschall-Impulsen innerhalb eines Prüftaktes gemessen. ZUr Bildung der sich der Höhe des Ultraschall-Impulses anpassenden analogen Vergleichsschwelle wird die ansteigende Spannung des ersten Ultraschall-Impulses bis zum Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle kontinuierlich gespeichert. Zu diesem Zweck wird das Ultraschall-Signal 1 zwei Spitzenwertspeichern 11, 12 zugeführt, wobei der Speicher 11 das erste Ultraschall-Signal, gesteuert vom Anzeigenerwartungsbereich AEE1, und der Speicher 12 das zweite Ultraschall-Signal, gesteuert vom Anzeigenerwartungsbereich AEB2, verarbeitet. Von den beiden Ausgangsspannungen 2, 4 der Spitzenwertspeicher 11, 12 werden die um eine voreinstellbare Differenz niedrigeren Referenzspannungen 3, 5 durch einstellbareSpannungsteiler als analoge Schwellenzeitlich synchron abgeleitet. Das Ultraschall-Signal wird durch die Verzögerungsleitung 13 verzögert. Das verzögerte Ultraschall-Signal 6 wird zwei Komparatoren 14, 15 zugeführt, in denen der Vergleich mit den Referenzspannungen 3, 5 durchgeführt wird. Bei Überschreiten der Vergleichsschwellen werden Steuersignale 7, 8 zum Starten und Stoppen des Laufzeitzählers 19 ausgegeben. Mit dem Signal 7 wird ein Flip-Flop 16 gesetzt, an dessen Ausgang ein Meßtor 9 über ein Gatter 17 die Zählfrequenz eines Generators 18 auf den Laufzeitzähler- 19 durchschaltet. Mit dem Signal ' wird das Flip-Flop 16 zurückgesetzt, das Meßtor 9 geschlossen und damit der Zähler 19 wieder gestoppt. Der dann vorhandene Zählerstand stellt den Meßwert für die Dicke dar. Die Schaltung wird z.B. mit dem nächsten Prüftakt durch ein Reset-Signal 20 wieder in Grundstellung gebracht.
Fig. 1 zeigt die für diese Dickenmessung erforderlichen Signale: 1.1 stellt den zeitlichen Verlauf zweier Ultraschall-Impulse dar, zwischen denen die Laufzeit gemessen werden .soll, 1.2. zeigt für die erste positive Halbwelle des ersten Ultraschall-Impulses den Verlauf der ansteigenden Spannung bis zum Spitzenwert U1.1, der gespeichert wird. Durch Spannungsteilung wird von dieser Spannung die Referenzspannung U1.2 der Vergleichsschwelle abgeleitet. Der gleiche Vorgang ist für die Spannungen U2.1 und U2.2 des zweiten Ultraschall-Impulses dargestellt.
1.3 zeigt den zeitlich um dt verzögerten Verlauf der Ultraschall-Impulse und die Referenzspannungen U1.2 und U2.2 der Vergleichsschwellen, von denen gemäß 1.4 und 1.5 die Trigger-Signale für den Laufzeitzähler 19 abgeleitet werden. Mit der positiven Flanke des Triggersignals 1.4 wird die Laufzeitzählung gestartet und mit der negativen Flanke des Trigger-Signals 1.5 gestoppt. Das zwischen diesen Signalen erzeugte Meßtor ist in 1.6 und der Zählvorgang selber in 1.7 dargestellt.
Eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Meßverfahrens besteht darin, anstelle der gleitenden Vergleichsschwelle mehrere analoge feste Vergleichsschwellen vorzugeben und in Anhängigkeit vom Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle des zu bewertenden Ultraschall-Impulses eine der darunterliegenden Schwellen, z.B. die zweite, wie in Fig. 3 gezeigt, auszuwählen und mit dieser ausgewählten Schwelle den zeitverzöQerten Ultraschall-Impuls zu vergleichen. Sobald dessen ansteigende Spannung die ausgewählte Schwellen-Spannung erreicht, wird von der Vergleicher-Schaltung ein Signal zum Starten des Laufzeitzählers ausgegeben. Der Laufzeitzähler wird wieder gestoppt. sobald die Vergleicherschaltung zum Vergleichen des zweiten verzögerten Ultraschall-Impulses mit der hierfür ausgewählten Vergleichsschwelle bei Erreichen der Schwellenspannung durch die Spannung der ersten positiven oder negativen Impuls-Halbwelle das hierfür bestimmte Signal abgibt.
Fig. 3 veranschaulicht die für dieses Dickenmeßverfahren erforderlichen Impulse: 3.1 stellt den zeitlichen Verlauf zweier Ultraschall-Impulse und eine Vielzahl von unterschiedlichen festen Vergleichsschwellen dar, von denen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite unterhalb der Spitzenwerte der ersten Halbwelle liegende Vergleichsschwelle ausgewählt wird.
3.2 zeigt die um die Zeit dt verzögerten Ultraschall-Impulse, bei deren Vergleich mit den ausgewählten Schwellen die Trigger-Signale 3.3 und 3.4 ausgegeben werden. Diese beiden Signale dienen zur Erzeugung eines Meßtores 3.5, innerhalb dessen der Zeitzählvorgang 3.6 zur Ermittlung des Dickenmeßwertes abläuft.
Die Verfahren führen nur dann zu einwandfreien Meßergebnissen, wenn außer den Ultraschall-Impulsen, zwischen deren Eintreffen die Zeitzählung erfolgen soll, keine weiteren Ultraschall-Impulse als Störimpulse auftreten und das Meßergebnis verfälschen.
In Fällen, in denen das Auftreten von Störimpulsen nicht zu vermeiden ist, werden zur Ausschaltung des Einflusses von Störimpulsen auf das Meßergebnis (Entstörung) zwei Anzeigenerwartungsbereiche AEB1 und AEB2 gesetzt, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist.
Diese werden so eingestellt, daß nur die erste positive oder negative Halbwelle eines der zu bewertenden Ultraschall-Impulse in ihnen ein Meßtor setzen kann. Innerhalb des Anzeigenerwartungsbereiches AEB1 kann also nur der erste zu bewertende Impuls beim Vergleich mit der Vergleichsschwelle das Signal zum Starten des Laufzeitzählers auslösen, und innerhalb des Anzeigenerwartungsbereiches AEB2 kann nur die erste positive oder negative Halbwelle des zweiten zu bewertenden Ultraschall-Impulses beim Vergleich mit der von ihr abgeleiteten Vergleichsschwelle das Signal zum Stoppen des Laufzeitzählers auslösen.
Bei dynamischer Prüfung mit Vorlaufstrecke zwischen Prüfkopf und Prüfling ist es von Vorteil, wenn nicht nur die Materialdicke, sondern auch die Vorlaufstrecke gemessen werden kann. Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein zusätzliches Meßtor M2 gesetzt, an das sich das Meßtor M1 für die Dickenmessung anschließt. Innerhalb des Meßtores M2, das zwischen dem Sendeimpuls bzw.
einem um die Zeit dt verzögerten Triggerpunkt und der ersten positiven oder negativen Halbwelle des ersten zu bewertenden reflektierten Ultraschall-Impulsescgesetzt ist, erfolgt eine zusätzliche Laufzeitzählung zur Ermittlung der Vorlaufstrecke.
Um Störanzeigen innerhalb der Anzeigenerwartungsbereiche selber zu unterdrücken, die die Meßwerte verfälschen könnten, wird für jeden der Anzeigenerwartungsbereiche AEB1 und AEB2 eine zusätzliche Amplituden-Kontrollschwelle AK1, AK2 vorgesehen, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist. Das Überschreiten dieser Kontrollschwelle AKl bzw. AK2 beim Vergleich mit dem zu bewertenden Ultraschall-Impuls ist die Voraussetzung für die Freigabe der Dickenmessung, sodaß z.B. bei schlechter Ankopplung mit demzufolge niedrigen Signalspannungen keine Dickenmessung erfolgt . DAmit in diesen Fällen nicht die Meßwerte roh ausgegeben werden, erfolgt mit dem Unterschreiten der Kontrollschwellen AK1, Ak2 durch die Signalspannungen eine statistische Entstörung über mehrere Prüftakte, deren Anzahl einstellbar ist. Hierbei werden die Amplituden-Kontrollschwellen AK1, Ak2 über die eingestellte Prüftaktzahl statistisch entstört, indem die Ausgabe eines Signals "Amplituden-Kontrollschwelle unterschritten"so lange wird hinausgezöger«, bis die Kontrollschwellen AK1, AK2 in ununterbrochener Reihenfolge so oft nicht überschritten worden sind, wie es der eingestellten Prüftaktzahl entspricht. Vor Ausgabe der statistisch entstörten Signale "Amplituden-Kontrollschwelle unterschritten" wird immer dann, wenn diese Kontrollschwellen durch die Signalspannungen nicht überschritten werden, der jeweils letzte bei überschrittener Kontrollschwelle gemessene Laufzeitwert als aktueller Meßwert gespeichert.
Fig. 6 zeigt am Beispiel einer 4-fachen statistischen Entstörung den Verlauf der wesentlichen Signale. 6.1 stellt über 10 Prüftakte T1 - Tlo die Ultraschall-Impulse dar. Im Takt T2 sind die Kontrollschwellen AK1 und Ak2 erstmalig nicht überschritten. Demzufolge fehlt das Meßtor in diesem Takt, wie 6.2 er kennen läßt. Der Meßwert "0" wird jedoch nicht ausgegeben, sondern der Meßwert W1 des Taktes T1 wird gespeichert, was in 6.4 veranschaulicht ist. Wegen des fehlenden Meßtores beginnt im Takt T2 die Zählung der gestörten Takte. Da im TAkt T3, also bevor die Zählung den Wert "4" erreicht hat, ein Meßwert W3 vorhanden ist, wird die begonnene Zählung auf "0" zurückgesetzt. In den Takten T5 bis T9 fehlt das Meßtor, sodaß mit Takt T5 erneut die Zählung der gestörten Takte beginnt. Mit Takt T8 hat die Zählung die Zahl "4" erreicht, sodaß entsprechend der eingestellten Taktzahl im Takt T9 das entstörte Signal "Kontrollschwellen unterschritten" (6.3) ansteht. Bis zum Takt T8, d.h. bis zum Ablauf des Störzählers, wird noch der letzte gültige Dickenwert gespeichert. Im Takt T9 wird dann erstmalig der Meßwert "0" ausgegeben. Im Takt Tlo ist die Störung als beendet angenommen, sodaß spätestens nach Ablauf des Taktes T10 das Störsignal zurückgesetzt wird und der Zählvorgang erneut eingeleitet werden kann. Erstmalig im Takt T10 steht gleichzeitig der neue aktuelle Meßwert Wlo an.
Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist eine gleitende Mittelwertbildung über eine einstellbare Taktzahl vorgesehen. Dabei werden erstmalig bis zum Ablauf der eingestellten Taktzahl die Meßwerte addiert und anschließend durch die Taktzahl dividiert. Bei jedem weiteren Takt wird der neue Meßwert addiert und der erste subtrahiert, sodaß die Summe der Meßwerte jeweils aus sovielen Takten gebildet wird, wie es der eingestellten Zahl entspricht. Die Summe wird dann nach jedem Takt durch die eingestellte Taktzahl dividiert, sodaß nach jedem Takt der neue Mittelwert zur Verfügung steht. In Fig. 7 ist an einem Balkendiagramm das prinzip der gleitenden Mittelwertbildung veranschaulicht, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über 10 Takte erfolgen soll.
Die kreuzweise schraffierten Felder definieren durch ihre Längsausdehnung den Meßwert in jedem der Takte 1 bis 21. Die einfach schraffierten Felder stellen durch ihre Längsausdehnung die Summe der Meßwerte der voraufgegangenen Takte 1 bis 9 für die Takte 2 bis 10 dar. Die gesamte Balkenlänge entspricht somit für die Takte 1 bis 10 der Gesamtsumme der ermittelten Meßwerte, einschließlich desjenigen des betreffenden Taktes. Der durch die dicke Linie wiedergegebene Mittelwert für die Takte 1 bis einschließlich 10 ergibt sich durch Division der Gesamtbalkenlänge durch die eingestellte Taktzahl 10. Beginnend mit dem 11. Takt wird der Meßwert des 10 Takte zurückliegenden Taktes, also für den 11. Takt der Meßwert des 1. Taktes, von der Gesamtbalkenlänge subtrahiert und der neue Meßwert des betreffenden Taktes addiert, sodaß also die Gesamtbalkenlänge wiederum der Summe der Meßwerte der 9 voraufgegangenen Takte und desjenigen des betreffenden Taktes darstellt. Im Diagramm ist die Subtraktion dadurch kenntlich gemacht, daß die subtrahierten Balkenlängen unterhalb der horizontalen Achse abgetragen sind. Die Mittelwertbildung erfogt stets durch Division der jeweiligen Gesamt-Meßwertsumme aus 10 aufeinanderfolgenden Takten durch die eingestellte Taktzahl 10.
Eine direkte Ausgabe von Signalen bei Über- oder Unterschreiten von Toleranzgrenzen wird durch die Vorgabe von Laufzeitgrenzwerten ermöglicht, mit denen die Meßwerte in jedem Takt verglichen werden und bei deren Über- oder Unterschreiten entsprechende Signale ausgegeben werden.
Mit Hilfe der beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ist es auch möglich, unter Heranziehung der bekannten mathematischen Beziehungen die Geometrie rotationssammetrischer Prüflingsquerschnitte von Stangen, Rohren und dergl. zu bestimmen. Dabei handelt es sich im wesentlichen um die WErte Außendurchmesser Da, Innendurchmesser Di, Exzentrizität E und Ovalität O (Fig. 8). Es reichen bereits zwei diametral gegenüberliegende Prüfköpfe aus, die sich relativ zur Prüflingsachse drehen. Bei stillstehenden Prüflingen und Prüfköpfen sind mehrere konzentrisch um die Prüflingsachse angeordnete Prüfköpfe erforderlich. Aus den Einzelwerten der Innen- und Außendurchmesse lassen sich durch Minimal- und Maximalwertbildung die Extremwerte ermitteln. Die Exzentrizität von Rohrquerschnitten errechnet sich aus der maximalen Wanddickendifferenz und die Ovalität aus der maximalen Außendurchmesserdifferenz.

Claims

Ansprüche: Verfahren zur Dickenmessung an Pruflingen mit parallelen Reflexionsflächen im Impulsreflexionsverfahren mittels Ultraschalles, bei dem die Zeit als Kriterium für die vom Ultraschall zurückgelegte Weglänge gemessen wird, die zwischen dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch zwei zeitlich aufeinanderfolgend eintreffende Ultraschall-Impulse verstreicht, dadurch aekennzeichnet, daß die Schwellwerte als um eine voreinstellbare Differenz niedrigere Referenzspannung von dem jeweiligen Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle der beiden Ultraschall-Impulse, zwischen denen die Zeitmessung erfolgen soll, automatisch abgeleitet werden, und daß diese Impulse verzögert und mit dem jeweils von ihnen abgeleiteten Schwellwert verglichen werden unter Erzeugung von Steuersignalen für das Setzen der Meßtore für die Laufzeitmessung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigende Spannung der beiden Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, bis zum Spitzenwert ihrer ersten positiven oder negativen Halbwelle gespeichert wird und daß von diesen aespeicherten Spannungen die Schwellwerte durch Spannungsteilung abgeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vergleichsschwellen fest vorgegeben werden, von denen jeweils eine in Abhängigkeit von dem jeweiligen Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle der beiden Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die ZEitmessung erfolgen soll, als Schwellwert für je einen der beiden Impulse ausgewählt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch von der ersten positiven oder negativen Halbwelle des Sende impulses ein Schwellwert abgeleitet wird und daß der verzögerte Sendeimpuls mit diesem Schwellwert verglichen wird und durch dessen Überschreiten ein Steuersignal ausgelöst wird, das im Zusammenwirken mit dem vom ersten reflektierten Ultraschall-Impuls beim Überschreiten des Schwellwertes ausgelösten Steuersignal ein Meßtor für die Laufzeitmessung der Vorlaufstrecke setzt.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß Anzeigenerwartungsbereiche (AEB1, AEB2) gesetzt werden, die so bemessen sind, daß in ihnen nur jeweils einer der Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, eintreffen kann.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Anzeigenerwartungsbereich (AB.B1, AEB2) eine zusätzliche Amplituden-Kontrollschwelle (AK1, AK2) vorgegeben wird, und daß die Dickenmessung nur bei Überschreiten der Anzeigen-Kontrollschwelle (AKl, AK2) freigegeben wird.
-7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einstellbaren Anzahl von Prüftakten, für die wegen Nicht-Überschreitens der Amplituden-Kontrollschwelle (AK1, AK2) die Dickenmessung nicht freigegeben wird, das Meßergebnis (Wl, W2...W10) ############## des letzten Prüftaktes, in dem die Dickenmessung erfolgt ist, gespeichert wird, ehe ein Störsignal ausgelöst wird, das bei bei anschließendem Überschreiten der Amplituden-Kontrollschwelle (Akl, AK2) gelöscht wird unter Zurücksetzen der Takt-Zählvorrichtung.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhöhung der Meßgebauigkeit eine gleitende Mittelwertbildung der Laufzeit-Meßwerte über eine einstellbare Prüftaktzahl erfolgt, indem die Meßwerte zunächst erstmalig bis zum Erreichen der eingestellten Taktzahl neuen addiert, anschließend mit jedem/Takt der letzte Meßwert addiert und der erste Meßwert subtrahiert werden und die so erhaltene Summe durch die Taktzahl dividiert wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte mit vorgegebenen Laufzeit-Grenzwerten verglichen und bei Über- oder Unterschreiten dieser Grenzwerte Grenzwertsignale ausgegeben werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bestimmung der Geometrie rotationssymmetrischer Prüflinge die Messungen mit mindestens einem Paar gegenüberliegender Ultraschall-Prüfköpfe durchgeführt werden, die sich relativ zur Prüflingsachse drehen.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bestimmung der Geometrie rotationssymmetrischer Prüflinge die Messungen mit mehreren feststehenden, konzentrisch um die Prüflingsachse angeordneten Ultraschall-Prüfköpfen durchgeführt werden.
12. Vorrichtung zur Dickenmessung an Prüflingen mit narallelen Reflexionsflächen im Impuls-Reflexions- Verfahren mittels Ultra.schalles mit einem Prüfkopf oder mehreren im Multiplexverfahren getakteten Prüfköpfen und einer eine Zeitzählvorrichtung enthaltenden Meß- und Eewerteeinrichtung, in der ein Steuersignal für das Ein- bzw. Abschalten des Zeitzählers erzeugt wird bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte durch zwei zeitlich aufeinander folgend eintreffende, zu bewertende Ultraschall-Signale, gekennzeichnet durch Komparatoren (14, 15), deren einem Eingang jeweils einer der beiden Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, verzögert zugeleitet wird und deren anderem Eingang eine in Abhängigkeit vom Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle des jeweiligen zu bewertenden Ultraschall-Signals um eine voreinstellbare Differenz automatisch niedriger eingestellte Referenzspannung als SChwellwert (3, 5) zugeleitet wird und die bei Überschreiten der Schwellwerte (3, 5) Steuersignale für das Setzen der Meßtore für die Laufzeitmessung erzeugen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12. gekennzeichnet durch zwei Spitzenwertspeicher (11, 12) für die kontinuierliche Speicherung der ersten positiven oder negativen Halbwelle der zwei Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die ZEitmessung erfolgen soll, vor denen jedes über einen einstellbaren Spannungsteiler mit dem Schwellwert-Eingang je eines Komparators verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ine Schaltungsvorrichtung für die Erzeugung mehrerer fester, abgestufter Schwellwertspannungen, deren Potentialstufen über eine in Abhängigkeit vom Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle der Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, gesteuerte Auswählvorrichtung an die Schwellwert-Eingänge der Komparatoren (14, 15) anschaltbar sind.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Schaltungsvorrichtung zum Setzen von Anzeigenerwartungsbereichen (AEB1, AEB2), die so bemessen sind, daß nur jeweils einer der Ultraschall-Impulse, zwischen deren Eintreffen die Zeitmessung erfolgen soll, in ihnen eintreffen kann.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Schaltungsvorrichtung für die Vorgabe zusätzlicher Amplituden-Kontrollschwellen (AK1, AK2) und für deren Vergleich mit den Ultraschall-Signalen, die nur bei die Amplituden-Kontrollschwellen (AK1, AK2) überschreitenden Ultraschall-Impulsen die Dickenmessung freigeben.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Speichervorrichtung für das Speichern des Meßergebnisses jedes Prüftaktes, in dem eine Dickenmessung erfolgt, sowie durch eine einstellbare Zählvorrichtung für das Abzählen der Anzahl aufeinander folgender Prüftakte, in denen kein Meßergebnis für die Speicherung ansteht, die bei Erreichen der vorgegebenen Zahl ein Signal für die Löschung der Speicher und einStörsignal ausgibt, das bei anschließender erneuter Speicherung eines Meßergebnisses abbricht unter Zurücksetzen der Zählvorrichtung.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch einen Komparator,dessen einem Eingang der verzögerte Sendeimpuls zugeleitet wird und an dessen anderem Eingang eine in Abhängigkeit vom Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle des SEndeimpulses automatisch um eine einstellbare Differenz niedriger einstellbare Referenzspannung als Schwellwert ansteht und der bei Überschreiten dieses Schwellwertes durch den Sendeimpuls ein Steuersignal auslöst, das im Zusammenwirken mit dem vom ersten reflektierten Ultraschall-Impuls bei Überschreiten des- Schwellwertes ausgelösten Steuersignal ein Meßtor für die Laufzeitmessung der Vorlaufstrecke setzt.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch eine einstellbare Rechenvorrichtung, welche die Meßwerte bis zum Ablauf der eingestellten Taktzahl addiert und anschließend durch die Taktzahl dividiert und dann bei jedem weiteren Takt den letzten Meßwert addiert und den ersten Meßwert subtrahiert und die so erhaltene Summe durch die Taktzahl dividiert.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, gekennzeichnet durch Komparatoren zum Vergleich der Meßwerte mit vorgegebenen Laufzeitgrenzwerten, die bei Über- und Unterschreiten dieser GRenzwerte Grenzwertsignale ausgeben.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch mindestens ein Paar gegenüberliegender Ultraschall-Prüfköpfe, die sek relativ zur Prüflingsachse drehbar sind.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch mehrere feststehende, konzentrisch um die Prüflingsachse angeordnete Prüfköpfe.