DE2945201C2 - Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung eines Signalerwartungsbereiches auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre eines tragbaren Ultraschallprüfgerätes für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung - Google Patents

Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung eines Signalerwartungsbereiches auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre eines tragbaren Ultraschallprüfgerätes für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

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Description

60
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sehaltung«;-vorrichtung zur Erzeugung eines auf dem bildschirm einer Kathodenstrahlröhre eines tragbaren Ultraschallprüfgerätes für die zerstörungsfreie Materialprüfung als ein in seiner Lage und Ausdehnung veränderlich einstellbarer Balken dargestellten Signalerwartungsbcrci hcs.
Die Erzeugung und Darstellung von .Signalerwartungsbereichen auf dem für die Echoanzeige vorgesehenen Bildschirm von US-Prüfgeräten ist beispielsweise aus dem Buch von |. und H. Krautkrämer, »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, Berlin, Heidelberg, New York, 1975, S. 247 f bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird der Signalerwartungsbereich, der auch als Blende bezeichnet wird, durch eine Stufe oder eine Helligkeitsänderung der Nullinie sichtbar gemacht. Die Höhe der Stufe ist dabei i. d. R. konstant. Wird daher zusätzlich ein Signalmonitor in diesen Geräten verwendet, d. h. soll ein Echo durch ein Signal angezeigt werden, sobald es in dem Signalerwartungsbereich auftritt und einen vorgegebenen aber variablen Schwellenwert überschreitet, so besteht bei diesen bekannten Vorrichtungen kein direkter Zusammenhang zwischen dem jeweils gewählten Schwellenwert und der angezeigten (konstanten) Blendenhöhe.
Bekannt geworden sind auch Geräte, bei denen die Blende als Balken hinsichtlich ihrer Breite und Lage, d. h. also auch hinsichtlich der Höhe, über analoge Stellelemente (Potentiometer) eingestellt werden können.
Alle bekannten Verfahren und Vorrichtung zur Blendenerzeugung und Blendendarstellung bei tragbaren sogenannten Universal-Ultraschall-Prüfgeräten besitzen den Nachteil, daß eine direkte Eingabe der Blendenwerte in Längeneinheiten (z. B. Lage der Blende zwischen 20 und 30 mm Tiefe — gemessen von der Oberfläche des Materials) nicht möglich ist. Zwar erfolgt auch bei den bekannten Vorrichtungen die Auslösung des Bleiidenanfangs i. d. R. durch den Sendebzw. Sendeauslöseimpuls (SAP) nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung, doch werden bei der Festlegung dieser Zeitverzögerung nicht automatisch auch die jeweiligen Prüfkopfdaten (wie die Vorlaufstrecke und ihre Schallgeschwindigkeit) sowie die Schallgeschwindigkeit des zu prüfenden Materials berücksichtigt. Vielmehr erfolgt diese Festlegung durch entsprechende Justiervorgänge des US-Prüfers per Hand, weil eine schaltungstechnische Realisierung für tragbare US-Geräte bisher als zu aufwendig angesehen wurde. .
In der Zeitschrift British Journal of NDT, July 1979, wird auf den Seiten 212-213 die Verwendung von Mikroprozessoren zur B-Bilddarstellung vorgeschlagen. Über die Darstellung von Erwartungsbereichen auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre des Ultraschallgerätes offenbart diese Entgegenhakung jedoch nichts.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorr^htung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der es möglich ist, den gewünschten Signalerwartungsbereich direkt in Längeneinheiten (MM, INCH) einzugeben und bei der dann auf dem Bildschirm ohne zusätzliche Justiervorgänge ein entsprechend lagerichtiger Balken erscheint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches I gelöst.
Der schaltungstechnische Aufwand wird bei der vorliegenden Erfindung also durch die Verwendung eines Mikroprozessors, der die erforderlichen Multiplikation!;-. Division- und AdditionsOperationen vrrnimmt, relativ gering gehalten.
Der weitere Unteranspruch gibt ein besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wieder.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von figuren beschriebenen Ausführiingsbcispielen:
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäOen Schaltungsvorrichtung;
F i g. 2a bis 2e den zeillichen Ablauf der verschiedenen, zur .v-, y- und z-Ablenkung der Kathodenstrahlröhre nach F i g. 1, erforderlichen Signale;
Fig.3 ein Fig. I erweiterndes Blockschaltbild, in dem zusäizlicii ein Frequenzteiler vorgesehen ist.
In F i g. 1 ist mit 1 ein US-Sender bezeichnet, der einen US-Prüllcopf 2 anregt. Die von diesem Prüfkopf erzeugten Schallwellen gelangen in das Prüfstück 3, werden von Materialfehlern etc. reflektiert und gelangen wiederum zu dem Prufkopf 2. Die dort erzeugten elektrischen Signale werden in dem Empfänger 4 verstärkt und dann über einen Schalter S, den y-Platten der Kathodenstrahlröhre 5 zugeführt. Die Zeitablenkung erfolgt in der Regel bis auf eine einstellbare Zeitverzögerung synchron zum Sendeauslöseimpuls SAP. Zur Einstellung dieser Zeitverzögerung dient eine dem Sägezahngenerator 6 vorgeschaltete Kippverzögerungsstufe 7. Der Hellsteuerimpuls kann beispielsweise dem Sägezahngenerator 6 entnommen werden, indem der Sägezahnimpuls mit Hilfe eines nicht in Fig. 1 dargestellten Schmitt-Triggers it: einen entsprechenden Rechteckimpuls transformiert wird, der über den Schalter S2 an den Wehneltzylinder (z-Ablenkung) der Kathodenstrahlröhre 5 gelangt und diese helltastet.
Zur Erzeugung der Blende (und damit auch für das Blendenhellsteuersignal) ist erfindungsgemäß ein Mikroprozessor 8, ein Register 9, ein Zähler 10 sowie ein JK-Flip-Flop 11 und ein Taktgenerator 13 vorgesehen. Für die Blenden- (bzw. Schwellwert-) höhe ist außerdem ein D/A-Wandler 14 vorgesehen.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung sei angenommen, daß die jeweiligen Prüfkopfdaten (Prüfkopfvorlaufstrecke Sv, Schallgeschwindigkeit der Prüflaufvorlaufstrecke Cv) und die Materialdaten (Schallgeschwindigkeit des Prüfstücks Cm) bekannt seien und in Form digitaler Werte in einem dafür vorgesehenen Speicher des Mikroprozessors 8 abgelegt sind. Gibt jetzt der Ultraschall-Prüfer die Blendenwerte (Blendenanfang Sa, Blendenbreite Se. Blendenhöhe) über das Bedienungsfeld 15 direkt in mm oder inrh (jeweils gemessen von der Oberfläche, in die eingeschailt wird), bzw. (für die Blendenhöhe) in % der Bildschirmhöhe vor, so berechnet der Mikroprozessor automatisch entsprechend einem vorgegebenen Programm die entsprechenden Zeit- und Höher.werte, nach denen der Blendenbalken auf dem Bildschirm erscheint. Die Zeitwerte werden in Form von Taktimpulszahlen N ausgedrückt und weiterverarbeitet, wobei die gewählte Taktfrequenz /0 abhängig ist von der geforderten Auflösung, lsi beispielsweise eine Auflösung von 0,3 mm Stahl erforderlich, so beträgt für Longitudinalwellen die Taktfrequenz
= 2/0 ^
/0 =
2 ■ 0,3 mm
10 MHz.
Mit N = /0 · tA, wobei tA die Blendenanfangszeit ist, die sich aus der Prüfkopfvorlaufzeit tsl und der Vorlaufzeit im Prüfstück zusammensetzt, ergibt sich für die Taktzahl des zu berechnenden Blendenanfangs
(1)
60
,ν, = 2/J^ +^A
V Cy1
für die Rlendenbreite.
Der berechnete Wert Nma wird in das Register 9 geladen und dann in den Binärzähler 10 übernommen. Anschließend wird der Wert Nmb in das Register 9 übernommen und steht übernahmebereit an dem Binärzähler 10 an. Gelangt nun ein neuer Sendeauslöse-Impuls (SAP) an den Zähler 10, so wird der entsprechende mit dem Taktgenerator 13 verbundene Eingang freigegeben und der Inhalt des Zählers i0 mit der Taktfrequenz f=fo ausgezählt. Nach dem Abzählen des Blendenanfangswertes N\tA entsteht am Zählerausgang ein erster Impuls Λ, der das JK-Flip-Flop 11 setzt.
Der Impuls I\ wird gleichzeitig an die (Load-) Eingänge des Zählers 10 geführt un;i macht diesen aufnahmebereit, so daß der Wert Nmb m den Zähler übe.-nommen und sofort abgezählt wird. Nach dem Abzählen des Monitorbreitenwertes ersteht am Zäh- !^rausgang ein Impuls I2, der das JK-Hip-Flop in die Ausgangslage zurückkippt.
In zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Zyklen wechseln sich die Ultraschalldarstellung (ausgelöst durch: SAP) und die Blendenbalkendarstellung (ausgelöst durch: SAP*) ab. Dabei bestimmen die Stellungen von Si und S2 die Darstellungsart. S:nd Si und S2 in den in Fig. 1 gezeigten Stellungen (durchgezogene Linien), wird das Ultraschallsignal dargestellt. Das Blendenlagensignal gelangt zeitsynchron zum Ultraschallsignal über den Komparator 16 und das UND-Gatter 17 zum Mikroprozessor 8 und löst dort im Falle der Koinzidenz (festgelegt durch das Flip-Flop 18) z. B. die Hupe aus. Sind Si und Sz in F i g. 1 in der alternativen Stellung (gestrichelte Linien), erfolgt keine Auslösung des Sendeimpulses, sondern lediglich die Auslösung des Sägezahngenerators 6, synchron dazu die Auslösung des Zählers 10. Über Si wird der Höhenwert des Blendenbalkens vom D/A-Wandler 14 an die y-Ab!enkplatten der Bildröhre 5 gelegt, während das Blendenlagesig'-al am Ausgang des Flip-Flops 11 über S2 als Hellsteuersignal Z die Lage und Höhe des Blendenbalkens auf dem Bildschirm sichtbar macht. Dabei ist es unnötig, die Kippverzögerungszeit Iba nochmais ablaufen zu lassen. Wesentlich zeitsparender ist der unmittelbare Start des Sägezahngenerators 6 nach Ablauf der US-Darstellung durch den SAP*, wobei als neue Größe Nma für den Monitoranfang der Wert
Nma' — Nma - Nb a
genommen wird. Sollte die Blende ganz außerhalb des Bildschirmbereiches liegeri, so bleibt zwar die Blende in Funktion, die Auslösung des SAP* entfällt jedoch.
Die Höheneinstellung des Blendenbalkens auf dem Bildschirm erfolgt dadurch, daß der eingegebene, digitale Wert über den D/A-Wandler 14 in einen entsprechenden analogen Wert gewandelt und über den Schalter Si den K-Ablenkplatten der Röhre 5 zeitrichtig zugeführt wird.
Anhand von Fig. 2a bis 2e soll noch einmal die zeitliche Zuordnung der einzelnen Abläufe erläutert werden: In F i g. 2a sind hierzu drei aufeinanderfolgende Sendcauslöscimpulse dargestellt. Zwischen dem 1. und 2. SAP-Impuls erfolgt die Ultraschall-Darstellung sowie - falls eri'idcrlich die Berechnung der Nm* vui Mm-Werte und Ladung des Zählers 10 sowie des Registers 9. Zwischen dem 2. und 3. SAP-Impuls erfolgt
nach dem entsprechenden Umschalten tier Schalter Si und S2 — dann die Blenden larstclluiig. Darauf folg' dann wieder eine US-Darstellung, etc. Soll noch eine zweite Blende dargestellt werden, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nach der ersten Blcndcnsarstel- '■ lung zunächst wieder ein US-BiId darzustellen und dann erst die zweite Blende auf dem Bildschirm zu erzeugen, weil sonst das US-UiId nicht hell genug erscheint. Da die einzelnen Darstellungen auf dem Bildschirm sehr schnell aufeinanderfolgen, sieht der Betrachter prak- to tisch alle Vorgänge gleichzeitig.
Wie lig. 2b zeigt, erscheint währenddes US-Darstellungszcitraumes an den V-Platten der Kathodenstrahlröhre ein US-Signal, das aber erst nach der Kippvcr· zögerungs- oder Bildanfangzeit iBA (F'ig c und d) auf Ii dem Bildschirm sichtbar ist. weil erst nach diesem Zeitraum eine Sägezahnspannung (Fig. 2c) und eine Hellstcucrspannung (Fig. 2d) an der Kathodenstrahl-
11 (F" i g. 1) das in F i g. 2e dargestellte Blcridenhellstcuersignal. Dieses Signal wird zum Betrieb eines Signalmotors während der US-Darstellung benutzt.
Der Signalmonitor (vgl. auch Fig. I) besteht im wesentlichen aus einem Komparator 16 und einem UND-Gatter 17. An dem positiven Eingang des 2s Comparators liegt das zu bewertende US-Signal, an seinem negativen Eingang der die Blendenhöhe bestimmende Schwellwert. Ultraschallsignale, die den Schwellwert überschreiten, erzeugen an dem Ausgang des Komparator einen Rechteckimpuls. Diese Impulse jo gelangen an den einen Eingang des UND-Gatters 17. An dem jeweils anderen Eingang dieses Gatters liegt das Blendenhellsteuersignal. so daß an dem Ausgang des Gatters nur solche Impulse erscheinen, die während der Blcndenzeit /,wb eintreffen. Diese Impulse werden im Koinzidenz-Flip-Flop 18 zwischengespeichert, dem Mikroprozessor 8 zugeführt und von diesem weiterverarbeitet. So kann beispielsweise der Signalmonitor als Peakdetektor verwendet werden, in dem per Programm der Schwellwert so lange erhöht wird, bis kein Impuls für das zu bewertende Echo mehr am Ausgang des UND-Gatters 17 erscheint. Die Ausgangssignale des UND-Gatters 17 können aber auch einer Hupe bzw. einem Tongenerator zugeführt werden.
Während des Blendendarstellungs-Zeitraumes (Fig. 2) liegt an den V-Platten der Oszillographenröhre der die Blendenhöhe bestimmtende Schwellwert (F i g. 2b) und an den X-Platten eine Sägezahnspannung (Fig. 2c), die die gleiche Hinlaufzeit besitzt wie die entsprechende Spannung während des US-Darstellungszeitraumes. Das am Ausgang des Flip-Flop 11 (Fig. I) auftretende Blendenhellsteuersignal (Fig. 2e) dient jetzt zur Hellsteuerung der Kathodenstrahlröhre (Fig.2d).
Da bei der Blendensarsteilung die Kippverzögerungszeit - anders als bei der Ultraschalldarstellung - keine Rolle spielt, kann der Blendenanfang Γλμ um die Zeit Ιβλ kurzer sein (d. h.
l'\i \ -■= 'w 1 - '/nil's gilt daher also fiir die Taktzahl des Moniloranfangs A/\n = /V»h- /V/m.
Der Vorteil einer Verkürzung der Blendenaiifangszeit um die Biklanfangszcil besteht darin, thill für weitere Allswerteoperationen mehr Zeit zur Verfügung steht oder der nächste SAP-Impuls früher ausgelost werden kann.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß de- SAP'-Impuls. der die BlerHl'ndarstellung auslost, nicht gleichzeitig auch den SeiK.cr 1 auszulösen braucht, weil die empfangenen US-Signale wahrend dieses Zeiiraumes ohnehin nicht ausgewertet werden.
In F i g. J ist eine bevorzugte Schaltung /ur Erzeugung der Blendensignale dargestellt. Der berechnete Wert /Vfiir den Monitoranfang wird in das Register 9 (/. Π. SN 74 C 374) mit I lilfe des vom Mikroprozessor kommenden Signals μ/η geladen. Mit Hilfe des Signals μΡι wird dieser Wert in den Binär-Rückwärtszähler 10 (z. B. zwei in Serie geschaltete Zähler des Typs SN 74 191) übernommen.
Anschließend ν ird das Register 9 mit dem Monitorbreitenwert N\ih geladen. Dieser Wert steht somit abrufbereit an den Vorsetzeingängen des Rückwärtszahlcrs 10 an.
Als n.""hstes entscheidet der Mikroprozessor mit μ/'., bzw. μΡ) über das Speicher! lip-Flop 23. welche Grundstellung St einnehmen soll, ob also der Zähler 10
den Monitoranfangswert N\n m\. (= h oder mit (= —
auszählen soll. Mit den Signalen μ P-, bzw. μP„ wird nun das Speichcr-Flip-Flop (25) so vorgesetzt, daß - falls gewünscht - nach Ablauf der Monitoranfangszeit (/V1VM = O) durch den Impuls /, über das UND-Gatter(24) und das Flip-Flop 23 der Schalter Si umgeschaltet wird.
Nachdem durch Auslösen des SAP- oder SAP*-Impulses an dem Flip-Flop 21 Taktimpulse der Frequenz /"n bzw. /o/lO an dem Zähler 10 anliegen, wird der Zählerinhalt /Vi? ( rückwärts gezählt. Ist der Zählerinhalt N\i,\ auf »0« angekommen, erzeugt der Zähler 10 den Übernahmeimpuls /1. der über das ODER-Gatter 19 den an den Vorsetzeingängen (Regiser 9) anstehenden Signalwert ΛΆ/s für die Monitorbreite als neuen Zählerinhalt übernimmt. Durch A wird gleichzeitig — falls dieses mit μΡ^ an dem Flip-Flop 30 so vorprogrammiert wurde — über UND-Gatter 31, Flip-Flop 23 (Toggle-Eingang) der Schalter Si umgeschaltet, so daß mit dem unmittelbar nächsten. Zählimpuls /"bereits der Monitorbreitenwert Na« rückwärts gezählt wird.
Es ist möglich, bei entsprechenden μΡ$ und μ/VSignalen die Zählerinhalte für den Monitorangang und die Monitorbreite mit unterschiedlicher Taktfrequenz auszulesen. Dieses ist dann erforderlich, wenn nur einer der Signalwerte NMA oder N,\IB unter Beibehaltung des hohen Frequenzwertes f—fo größer ist als der Zählbereich des Zählers 10.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung eines auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre eines tragbaren Ultraschallprüfgerätes für die zerstörungsfreie Materialprüfung als ein in seiner Lage und Ausdehnung veränderlich einstellbarer Balken dargestellten Signalerwartungsbereiches. d a durchgekennzeichnet, daß zur Ausgabe von Taktimpulsen eines Grundtaktes in Abhängigkeit von über eine Tastatur (15) eingegebenen Daten für den Balkenanfang und die Balkenbreite unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeiten im Prüfstück (3) und der Prüfkopfvorlaufstrecke sowie der Länge der Prüfkopfvorlaufstrecke ein Mikroprozessor(8) vorgesehen ist,
daß mit dem Ausgang des Mikroprozessors (8) ein als Zwischenspeicher dienendes Register (9) verbunden ist. daß dem Register (9) zur Auszählung der Taktimpulszahlen ein mit einem Taktgenerator (13) verbundener Zähler (10) nachgeschaltet ist,
daß dem Zähler (10) ein JK-Flip-FIop (11) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang über eine von zwei Schaltstrecken eines Doppelumschalters (S2) einerseits die Hellsteuei elektrode der Kaihodenstrahlröhre (5) und andererseits einem Eingang eines UND-Gatters (17) einer Signalmonitorvorrichtung zugeordnet ist, daß die zweite Schaltsirecke des Doppelumschalters (S 2) synchron mit der ersten einerseits mit einem die Zeitablenkung bestimmende Sägezahngenerator (6) und andererseits deti Ausgang des Flip-Flops (11) zugeordnet ist,. daß die Signalmonitorvorrichtung im wesentlichen aus einem Komparator (16) und dem UND-Gatter (17) besteht und daß der Ausgang des Komparators (16) mit dem zweiten Eingang des UND-Gatiers (17) verbunden ist, daß über eine erste Schaltstrecke eines zweiten Doppelumschalters (Sl) der ersten Eingang des Koparators (16) entweder mit dem das US-Signa/ liefernden Verstärker (4) oder mit dem einen die Balkenhöhe bestimmenden Schwellenwert liefernden, dem Mikroprozessor (8) nachgeschaltetcn A/D-Wandler (14) verbunden ist und
daß über die /weite, synchron mit der ersten betätigten Schaltstrecke des zweiten Doppelumschalters (Sl) der zweite Eingang des Komparators (16) mit dem A/D-Wandler (14) verbunden ist oder frei liegt.
2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an gewünschte Meßbereiche dem Taktgeber (13) eine Frequenzteilerschaltung (F i g. 3) nachgeschaltet ist.
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