DE3006918C2

DE3006918C2 - Anordnung zur Ultraschallprüfung von Werkstücken

Info

Publication number: DE3006918C2
Application number: DE3006918A
Authority: DE
Inventors: Donald E. Woodbury Conn. Sharpe
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Staveley Instruments Inc Kennewick Wash Us
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-02-25
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3006918A1; JPS55124067A; GB2043251B; US4228688A; CA1135397A; GB2043251A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ultraschallprüfung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 33 029 bekannt.

Bei der Ultraschallprüfung von Werkstücken werden einem Wandler hochfrequente elektrische Impulse zugeführt, der diese in Ultraschallimpulse umwandelt. Die Ultraschallimpulse werden einer Eingangsfläche eines zu prüfenden Werkstücks zugeführt. Die Ultraschallimpulse werden durch Diskontinuitäten, beispielsweise Defekte innerhalb des Werkstücks zur Eingangsfläche desselben reflektiert. Der gleiche oder ein unterschiedlicher Wandler empfängt die reflektierten Impulse und wandelt sie in elektrische Impulse um. Die elektrischen Impulse können auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre angezeigt werden. Die Ultraschallprüfung ist im einzelnen in der US-PS 22 80 226 erläutert.

Sind ein oder mehrere Testwerkstücke mit identisch großen Diskontinuitäten vorgesehen, die in Abständen zueinander und in unterschiedlicher Tiefe im Werkstück liegen, sind die Amplituden der angezeigten elektrischen Impulse anfangs verhältnismäßig klein, nehmen mit steigender Tiefe der Diskontinuitäten innerhalb des Werkstücks in ihrer Größe auf einen Maximalwert zu und bei weiterer Zunahme der Tiefe der Diskontinuitäten innerhalb des Werkstücks wieder ab. Somit sind die Größen der reflektierten Impulse abhängig von der Größe und der Tiefe der Diskontinuitäten innerhalb des Werkstücks. (Der Begriff »Tiefe« meint hier den Abstand zwischen der Eingangsfläche und dem Reflektor innerhalb des Werkstücks.)

Die beschriebene Erscheinung, daß die Amplitude der reflektiei ten Impulse abhängig ist von der Größe der

ίο Diskontinuität und ihrer Tiefe innerhalb des Werkstücks ist auf »Nahfeld-« und »Fernfelderscheinungen« sowie auf die Dämpfung im Material zurückzuführen. Die Nahfeldzone ist der Teil des Werkstücks, der am nächsten zur Eingangsfläche liegt und in dem die Größe der reflektierten Impulse ansteigt. Die maximale Amplitude der reflektierten Impulse ergibt sich in einer Tiefe, die als »Nahfeldgrenze« bezeichnet wird. Steigt die Tiefe der Diskontinuität im Werkstück über die Nahfeldgrenze bis ins Fernfeld an, so nehmen die Amplituden der reflektierten Impulse allmählich ab, weil der Strahl im Material divergiert und von diesem gedsmpft wird. Die Nahfeld- und Fernfeldeffekte eines Werkstücks sind in den US-PS 30 33 029 und 40 56 971 näher erläutert

In der Praxis kann nur das Impulsecho von einer einzigen Diskontinuität (oder Testloch) an einer Stelle des Wandlers angezeigt werden. Somi* kann am Schirm der Kathodenstrahlröhre zu einem bestimmten Augenblick nur ein Punkt der die Echosignale darstellenden zusammengesetzten Kurve angezeigt werden. Das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre angezeigte Impulsecho entspricht zu jedem gegebenen Augenblick dem einzigen Testloch, das zu diesem Augenblick die zugeführte Ultraschallenergie reflektiert.

Eine Möglichkeit der EntfernungsAmplitudenkompensation besteht darin, die Verstärkung des Empfangsverstärkers zu ändern, der die reflektierten Impulsechos von einem Testwerkstück empfängt, um die beschriebenen Nahfeld- und Fernfeldeffektc zu kompensieren. Der Zweck einer Entfernungs-AmpIitikie-vKompensationsanordnung ist es. zu gewährleisten, daß sämtliche Impulsechos von identisch großen Defekten mit gleichen Amplituden angezeigt werden, unabhängig von der Tiefe der Defekte innerhalb des Werkstücks. Die Amplituden der angezeigten Echos sind dann Funktionen nur der Größe ihrer entsprechenden Defekte.

Ein Nachteil der aus der US-PS 30 33 029 bekannten Anordnung besteht darin, daß komplizierte Prüfungsund Fehlertechniken erforderlich sind, um die Empfangsverstärkung einzustellen und die Nah- und Fernfeldeffekte von den reflektierten Impulsechos zu eliminieren. Da nur ein Impulsecho vom Testloch eines Tsstwerkstücks auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre zu einem gegebenen Augenblick angezeigt werden kann, sind viele Läufe oder Abtastungen des Wandlers über jedes Testloch erforderlich, um die Größe des Echos optimal einzustellen. In der Praxis ist weiter festgestellt worden, daß die Einstellung eines Impulsechos die Amplituden der benachbarten Echos beeinflußt, wodurch viele zusätzliche Abtastungen und Einstellunge.i erforderlich sind, um sämtliche Impulsechos optimal zu kompensieren. Die Vergleichmäßigung der Impulsechos durch Veränderung der Empfängerverstärkung bei Anwendung solcher Prüfungs- und Fehlertechniken ist zeitraubend, mühsam und Fehlern unterworfen.

Aus der US-PS 40 56 971 ist eine Anordnung bekannt, bei der nicht die Empfangsverstärkung zeitlich geändert

20

und somit die Einstellschwierigkeit für den Kurvenformgenerator vermieden wird. Die Nahfeld- und Fernfeldeffekte des Werkstücks werden nicht durch Vergleichmäßigung der angezeigten Signale kompensiert, die von einem Defekt gegebener Größe unabhängig von seiner Tiefe reflektiert werden. Vielmehr wird eine Bezugsdistanz-Amplituden-Ansprechkurve (nicht kompensierter, von einem Defekt gegebener Größe in verschiedenen Tiefen im Werkstück reflektierter Impulssignale) mit den nichtkompensierten reflektierten Signalen des zu prüfenden Werkstücks verglichen. Übersteigen die Signale vom gerade geprüften Werkstück das BezugssignaL so wird ein Alarm betätigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Uliraschallprüfung von Werkstücken zu «5 schaffen, mit der die Einstellung oder Anpassung der Steuerspannung vereinfacht und beschleunigt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich sowohl die Größe als auch die Tiefe der Diskontinuitäten im zu prüfenden Werkstück erfassen. Die ~rfindungsgemäße Anordnung kann leicht und schnell in Betrieb gesetzt werden. Nachdem die charakteristische, zeitlich veränderliche Funktion, die die Smpulsechos simuliert einmal mittels des Testwerkstücks bestimmt ist, braucht die Bedienungsperson nur den Pegel einzustellen, auf den die Amplituden sämtlicher Impulsechos gedämpft werden sollen. Sie braucht keinerlei Prüf- und Fehlereinstellungen zur Vergleichmäßigung der Impulsechos auszuführen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Ultraschallprüfanordnung,

F i g. 2A bis 21 Signaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung der F i g. 1 und

F i g. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des ^w Steuersign'lgenerators der F i g. 1.

Die in F i g. 1 gezeigte Ultraschallprüfanordnung umfaßt einen Taktgeber 2, der mit einem Impulsgeber 4 verbunden ist und periodisch einen Taktimpuls (F i g. 2A) an den Impulsgeber 4 liefert An den Ausgang des Impulsgebers 4 sind ein Ultraschallwandler 6 und der Eingang eines Empfangsvers'ärkers 8 angeschlossen. Der Ultraschallwandler 6 ist ultraschallmäßig mit der Oberfläche eines Testwerkstücks 10 gekoppelt der gleich große Diskontinuitäten aufweist, die beispielswei- ⁵ⁿ se aus in einem Abstand voneinander im Testblock in unterschiedlichen Abständen von der Eingangsfläche angeordneten Bohrungen 11 bestehen können.

Die Anordnung enthält ferner einen Funktionsgenerator 12 und einen Steuersignalgeneraor 14. Der Eingang des Funktionsgenerators 12 ist mit einem Ausgang des Taktgebers 2 verbunden. Der Ausgang des Funktionsgenerators 12 ist an den Steuersignalgenerator 14 und über einen Vertikal-Analogschalter 16 und einen Vertikalverstärker 18 an eine Kalhodenstrahlröhre 20 angeschlossen. Der Vertikalverstärker 18 ist mit den vertikalen Platten der Kathodenstrahlröhre 20 verbunden.

Der Steuersignalgenerator 14 ist über einen Schalter 28 selektiv an den Empfangsverstärker 8 angeschlossen. Wenn der Schalter 28 eingeschaltet ist, liefert der Steuersignalgeneraor 14 ein Steuersignal zum Empfänger 8. In der Aus-Stp|lung des Schalters 28 ist der Steuersignalgenerator 14 vom Empfänger 8 getrennt

Die Ultraschallimpuls-Echoschaltung enthält ferner einen Kipp- und Hellsteuergenerator 22, der an einen Ausgang des Taktgebers 2 angeschlossen ist Die Ausgänge des Generators 22 sind mit einem Vorlaufhellsteuerungsverstärker 24 und einem Horizontalverstärker 26 verbunden. Der Verstärker 24 ist an die Kathodenstrahlröhre 20 angeschlossen und steuert dip Intensität ihrer Modulation; der Horizontalverstärker 26 ist an die horizontalen Platten der Kathodenstrahlröhre 20 angeschlossen.

Der Ausgang des Empfängers 8 ist an die vertikalen Platten der Kathodenstrahlröhre 20 angeschlossen, und zwar über den vertikalen Analogschalter 16 und den Vertikalverstärker 18. Der Vertikal-Analogschalter 16 ist weiter an den Taktgeber 2 angeschlossen.

Die Taktimpulse sind in F i g. 2A als Rechteckimpulse gezeigt; ihre Frequenz liegt zwischen 100 Hz und 10 kHz. Für die meisten Anwendungsfälle ist der Taktgeber 2 so eingestellt, daß er Rechteckimpulse mit etwa 1 kHz erzeugt. Diese werden dem Eingang des Impulsgebers 4 zugeführt, der i.merseits elektrische Impulse der in l· ι g. 2B gezeigten A.n erzeugt Diese elektrischen Impulse werden dem Wandler 6 zugeführt der sie in Ultraschallimpulse umwandelt, die ihrerseits dem Testwerkstück 10 zugeführt werden.

D:.s Testwerkstück 10, in dem mehrere gleich große Diskontinuitäten 11 in verschiedenen Tiefen und in Abständen voneinander angeordnet sind, empfängt vom Wandler 6 Ultraschallimpulse. Statt eines Testwerkstücks 10 mit mehreren Diskontinuitäten 11 können in der Praxis mehrere Testwerkstücke mit jeweils weniger Diskontinuitäten verwendet werden. Wegen der Nah- und Fernfeldeffekte und der Dämpfung des Testwerkstücks 10 haben die vom Testwerkstück reflektierten Ultraschallimpulsechos (ingleiche Amplituden. Diese Echos werden zum Wandler 6 reflektiert, wo sie in elektrische Impulse umgewandelt und dem Empfangsverstärker 8 zugeführt werden. Fig.2E und 211 zeigen die unterschiedlichen Amplituden dieser eltktrischen Impulse. In der Praxis wird der Wandler 6 gegenüber der Eintrittsfläche des Testwerkstücks 10 bewegt und nur ein einziges, einer Diskontinuität entsprechendes Echo, die die zugeführte Ultraschallenergie reflektiert, wird in einem gegebenen Augenblick erfaßt. Der innerhalb des Kästchens der Fig.2Ii mit einer ausgezogenen Linie gezeigte Impuls stellt ein einziges, am Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 zu einer willkürlichen Zeit während der Abtastung des Testwerkstücks 10 angezeigtes Echo dar, während die in gestrichelten Linien gezeigten Impulse anderen Diskontinuitäten im Tvstwerkstück 10 entsprechen, die zu anderen Zeiten angezeigt wurden oder werden. Zur Umwandlung der elektrischen Impulse in Ultraschallimpu.ie und zur Rückverwandlung der Ultraschallimpulsechos in elektrische Impulse können statt des einen Wandlers 6 zwei getrennte Wandler verwundet werden.

Der an den Taktgeber 2 angeschlossene Funktionsgenerator 12 ei-zeugt eine Spannungsfunktion (F i g. 2F). die von det Bedienungspsrson entsprechend den Spitzenamplituden der vom Testwerkstück 10 reflektierten elektrischen Impulsechos eingestellt wird. Ein Funktionsgenerator dieser Art ist beispielsweise aus der US-PS 30 33 029 bekannt.

Die Einstellung der Spannungsfunktion des Funktionsgenerators ¹2 geht folgendermaßen vor sich (Fig. 1, 2). Der Schalter 28, der zwischen den Steuersignalgenerator 14 und den Empfangsverstärker

8 geschaltet ist, wird geöffnet. Elektrische Impulse vom Wandler 6, die je einer der Diskontinuitäten Il im Testwerkstück 10 reflektierten Ultraschallimpulsechos entsprechen, werden den vertikalen Platten der Kathodenstrahlröhre 20 über den Vertikalverstärker 18 zugeführt, und zwar zu unterschiedlichen Augenblicken während der Abtastung des Testwerkstücks 10. Die Spitzen der unterschiedlichen Impulsechos werden dann auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 20, beispielsweise mittels eines Fettstiftes, markiert. Fig. 2E zeigt die Wiedergabe der !rnpulsechos auf dem Bildschirm (der Einfachheit halber sind sämtliche Echos gemeinsam gezeigt). Nach Beendigung der Abtastung des Testwerkstücks 10 und Markierung sämtlicher Impulsechos auf dem Schirm wird der Funktionsgenerator 12 so eingestellt, daß er eine zeitlich veränderliche kontinuierliche Spannungsfunktion liefert, die auf die am Schirm markierten Spitzen der Impulsechos paßt. F i g. 2F zeigt die eingestellte zeitlich veränderliche Spannungsfunk· rechnet, um eine optimale Einstellung der Verstärkung des Empfangsverstärkers 8 zur Vergleichmäßigung der Impulsechos von den Testwerkslücken 10 ohne Zuhilfenahme von Prüf- und Fehlerverfahren zu ermöglichen.

Ist der Schalter 28 ausgeschaltet, wird dem Empfangsverstärker 8 kein Steuersignal zugeführt und das Ausj;;ingssignal am Empfangsverstärker 8 stellt die reflektierten Impulsechos vom Testwerkstück 10 dar. Wenn jedoch der Schalter 28 eingeschaltet und der Wandler 6 über jedes Testloch 11 gebracht wird, gibt der Empfangsverstärker 8 einen Ausgangsimpuls ab. dessen Amplitude gleich der der Impulse für die anderen Testlöcher 11 ist. Jeder dieser Impulse gleicher Amplitude entspricht den gleich großen Diskontinuitäten oder Löchern 11 innerhalb des Testwerkstücks 10. Durch Vergleichmäßigung der Amplituden der Impulsechos stellt das Steuersignal die Verstärkung des Empfangsverstärkers 8 so ein. daß die Nah- und

iion des Funktions^CTen?rators !2. Fi^σ.21; msch! ^o Fsrnfsldeffckte des Teslwerkstücks !0

deutlich, daß diese Spannungsfunktion auf die Spitzen der Impulsechos paßt.

Die Spannungsfunktion gemäß Fig. 2F des Funktionsgenerators 12 wird ferner dem Steuersignalgenerator 14 zugeführt, der die ihm zugeführte Spannungsfunktion in ein Steuersignal ändert (Fig. 2G), und zwar entsprechend einer vorbestimmten Beziehung. Das Steuersignal der Fig. 2G wird durch den Schalter 28 selektiv dem Empfangsverstärker 8 zugeführt.

Das Steuersignal gemäß Fig. 2G ist eine zeitlich veränderliche Spannungsfunktion, die. wenn sie gleichzeitig mit jedem der reflektierten elektrischen Impulsechos vom Testwerkstück 10 dem Empfangsverstärker 8 zugeführt wird, dessen Verstärkung ändert und die Amplituden sämtlicher reflektierten Impulse bei einer vorbestimmten Amplitude dämpft und vergleichmäßigt (Fig. 2I₂).

Es sei darauf hingewiesen, daß bei typischen Verstärkungssteuerschaltungen die Spannungsfunktion gemäß F i g. 2F. die die Entfernungs-Amplituden-Kurve simuliert, und die Steuersignalspannungsfunktion gemäß F i g. 2G, die vom Empfänger-Verstärkungssteuereingang zur optimalen Kompensation benötigt wird, nicht die gleichen sind. Demzufolge kann die Spannungsfunktion gemäß Fig. 2F dem Empfangs-Verstärkungssteuereingang nicht direkt zugeführt werden. Diese beiden Funktionen stehen jedoch mathematisch in einer Beziehung zueinander: wie erwähnt, wird die Steuersignalspannung bereitgestellt, indem die Spannungsfunktion gemäß Fig.2F entsprechend einer vorbestimmten Beziehung abgewandelt wird.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da in der Vergangenheit Versuche unternommen wurden, die Empfangsverstärkung durch direkte Zufuhr der Spannungsfunktion gemäß Fig.2F direkt dem Empfangsverstärker 8 zuzuführen. Diese Versuche waren hinsichtlich der Vergleichmäßigung der Impulsechos nicht erfolgreich; es war weiterhin notwendig, zur Erzielung einer optimalen Einstellung der Empfangsverstärkung zur Vergleichmäßigung der Impulsechos die zugeführte Spannungsfunktion durch Prüf- und Fehlersuchverfahren zu verändern. Im Gegensatz dazu modifiziert erfindungsgemäß der Steuersignalgenerator 14 die Spannungsfunktion gemäß F i g. 2F so, daß ein getrenntes und unterschiedliches Steuersignal gemäß Fig.2G bereitgestellt wird, das dem Empfangsverstärker 8 zugeführt wird. Das Steuersignal wird aus einer vorbestimmten, noch zu erläuternden Beziehung be-

werden. Das heißt, gleich große elektrische Impulsechos entsprechen gleich großen Diskontinuitäten, unabhängig ihrer Lage innerhalb des Testwerkstücks 10. Ebenso ist die Amplitude jedes von einer Diskontinuität reflektierten Impulsechos in einem nachfolgend geprüften Werkstück nur abhängig von der Größe der Diskontinuität.

Der Kipp- und Vorhellsteuerungsgenerator 22. der Hellste jerungsverstärker 24, der Horizontalverstärker 26, der vertikale Analogschalter 16 und der Vertikalverstärker 18 sind herkömmliche Elemente, die im folgenden kurz erläutert werden.

Der Taktgenerator 2 führt nicht nur dem Impulsgeber 4, sondern auch dem Kipp- und Vorlaufhellsteuerungsgenerator 22 einen Impuls zu, der eine Sägezahnspannung (Fig.2C) erzeugt. Die Sägezahnspannung wird dem Horizontalverstärker 26 zugeführt, der an die horizontalen Steuerplatten der Kathodenstrahlröhre 20 angeschlossen ist. Ein zweiter Ausgang des Generators 22 Hefen einen Rechteckimpuls (Fig. 2D) zum Vorlaufhellsteuerungsverstärker 24. Der an die Kathodenstrahlröhre 20 angeschlossene Verstärker 24 steuert die Intensitätsmodulation der Kathodenstrahlröhre 20 und schaltet diese ein. wenn der Verstärker 24 durch den ihm zugeführten Rechteckimpuls angesteuert wird.

Der Kipp- und Vorlaufhellsteuerungsgenerator 22 erzeugt also ein sägezahnförmiges Kippsignal zur Steuerung der Horizontalablenkung der Kathodenstrahlröhre für die Zeitdauer des Kippsignals gemäß F i g. 2C. Der Rechteck-Ausgangsimpuls des Generators 22 steuert die Kathodenstrahlröhre so, daß die Horizontalablenkung oder -spur für die Dauer des Vorlaufhellsteuerungsimpulses (Fig. 2D) erscheint.

Gemäß Fig.2A umfaßt der Taktimpuls einen Hauptimpulszyklus und einen alternativen oder Nebenzyklus. Während des Hauptimpulszyklus wird das Ausgangssignal vom Empfangsverstärker 8 an der Kathodenstrahlröhre 20 angezeigt. Während des Nebenimpulszyklus wird am Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 12 angezeigt Die abwechselnde Widergabe dieser beiden Funktionen wird durch den vertikalen Analogschalter 16 gesteuert, der direkt an den Taktgeber 2 angeschlossen ist und den Haupt- und den Nebentaktimpuls empfängt Fig.2H zeigt die zeitlich variierenden abwechselnden Anzeigen des Ausgangssignals des Empfangsverstärkers 8 und des Funktionsgenerators 12 am Schirm der Kathodenstrahlröhre 20,

wenn der Schalter 28 geöffnet ist.

Wie erwähnt, empfängt der Steuersignalgenerator 14 vom Funktionsgenerator 12 eine Spannungsfunktion und erzeugt daraufhin ein Steuersignal. Dieses Steuersignal wird dem einen Eingang des Empfangsverstärkers ι 8 zugeführt und verändert in Abhängigkeit von der Zeit dessen Verstärkung, so daß die Amplituden der ihm zugeführten reflektierten elektrischen Impulsechos gedv.ipft werden.

Um sicherzustellen, daß das Steuersignal die reflek- id tierten elektrischen Impulsechos am Empfangsverstärker 8 vergleichmäßigt, wurde empirisch eine Gleichung hergeleitet, durch die die zur Dämpfung jeder Echospitze auf einen gemeinsamen Pegel erforderliche Steuersignalamplitude gebildet oder festgelegt wird, ι % Diese Gleichung wurde durch Aufzeichnung einer Reihe von linear abfallenden Echospitzen veränderlicher Amplitude von zehn vertikalen Kathodenstrahlröhren-Skalenteilungen zu einer vertikalen Skalenteilung abgeleitet. Die zur Dämpfung jeder dieser Spitzen auf ;r, eine Größe einer Kathodenstrahlröhren-Teilung erforderliche Spannung wurde experimentell bestimmt.

Aus diesen Versuchen ergab sich folgende Gleichung:

(D

Darin sind:

)0

Vc die vom Steuersignalgenerator 14 dem Empfangs-. erstärker 8 zugeführte Spannung,

Fs die volle Skala in Teilungen der Kathodenstrahlröhre 20 (10 Teilungen),

R die Amplitude des kleinsten reflektierten Impulses in Kathodenstrahlröhren-Teilungen (1 Teilung) und der Wert, auf den sämtliche Impulse gedämpft werden sollen und

/ die anfänglichen (ungedämpften) Impulsechoamplituden in Teilungen der Kathodenstrahlröhre.

Da jeder Wert von R, der größer als eine Teilung ist, durch Multiplikation mit MR auf eine Teilung reduziert werden kann, und da jeder Wert von /, der größer ist als R. durch Multiplikation mit MR proportional reduziert werden kann, läßt sich Gleichung (1) wie folgt ausdrücken:

Vc-*-

die sich vereinfachen läßt zu

- F_s -

F ^I
^Fs~R

(2)

50

55

60

In einer praktischen Schaltung entsprechen 10 Teilungen am Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 einer Spannung von 5 V, jede Teilung also 0,5 V. Zur proportionalen Reduzierung der Werte von R und / in Gleichung (1) wird jeder dieser Werte mit 0,5/Ä multipliziert:

0,5

(3)

worin V_c die zur Veränderung der Empfängerverstärkung und zur Reduzierung eines Impulsechos / auf den Pegel R erforderliche Spannung ist.

Setzt man für F_s (voller Skalenbereich) = 5 V, so ergibt sich:

Vc = 5,5 - -y-

(4)

worin Rund /in Volt anzugeben sind.

Die Gleichungen 1 bis 4 bestimmen eine Beziehung, mit der eine dem Empfangsverstärker 8 zugeführte Spannung Vrdie Verstärkung des Empfangsverstärkers

Amplitude R dämpft. Der die Spannung Vc erzeugende Steuersignalgenerator 14 wird mit dem Wert / vom Funktionsgenerator 12 gespeist. Wie erwähnt, entsprechen die Spitzen der zeitlich veränderlichen Spannungsfunktion den Spitzen der Impulsechos, die ihrerseits den Werten von /der Gleichungen 1 bis 4 entsprechen.

Die Gleichungen 1 bis 4 bestimmen somit die Beziehung zwischen den Amplituden der Impulsechos und dem erforderlichen, zeitlich veränderlichen Steuersignal, das zur Dämpfung der Amplituden jedes der Impulsechos auf einen vorbestimmten Pegel notwendig ist.

F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Steuersignalgenerators 14 zur Erzeugung der zeitlich veränderlichen Spannung V_c (das die Empfängerverstärkung verändernde Steuersignal), das durch Gleichung 4 bestimmt wird. Ein solcher Steuersignalgenerator kann einen Analogrechner enthalten.

Gemäß Fig.3 enthält der Steuersignalgenerator 14 eine an den Ausgang des Funktionsgenerators 12 angeschlossene Teilerstufe 30, die den Teiler mit der /-Funktion — die »Hülle« der beobachteten Impulshöhen vom Probenmaterial — liefert. Die Spannungs-Teilerstufe 30 ist mit einer Einrichtung 31 zur Einstellung des Wertes R in Gleichung 4 versehen (R ist der Wert in Volt, bei dem die Amplituden der Impulsechos vergleichmäßigt werden).

Die Teilerstufe 30 berechnet den Wert von R/I und führt das Ergebnis einer Multiplikations- und Umkehrstufe 32 zu, die den Wert - — erzeugt und diesen dem

Eingang einer Additionsstufe 34 zuführt, deren Aus-

SR
gangsspannung proportional 5,5 , das heißt dem

Wert von Vc gemäß Gleichung 4 ist Diese Spannung wird einem Eingang des Empfangsverstärkers 8 zugeführt Wie erwähnt, wird der Wert R (bei dem die reflektierten Impulsechos vergleichmäßigt werden) im allgemeinen an der Teilerstufe 30 auf die Amplitude des kleinsten reflektierten Impulsechos eingestellt

Der Steuersignalgenerator 14 liefert das Steuersignal Vc zu einem Eingang des Empfangsverstärkers 8. Ein zweiter Eingang des Empfangsverstärkers 8 vom Wandler 6 stellt — als Spannung — die Werte der Amplituden der vom Testwerkstück 10 reflektierten Impulsechos dar. Das Steuersignal verändert die Verstärkung des Empfangsverstärkers 8 und dämpft und vergleichmäßigt die Amplituden der reflektierten

Impulsechos auf einen vorgewählten Wert. Die vergleichmäßigten Impulse werden auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 angezeigt.

Die angezeigten vergleichmäßigten Impulsechos sind einzig von der Größe der gleich großen Diskontinuitäten 11 im Testwerkstück 10 abhängig und unabhängig von ihrer Tiefe. Infolge der Einstellung der Empfangsverstärkung durch das zugeführte Steuersignal sind auch die Amplituden von Impulsechos nachfolgend auf Diskontinuitäten geprüfter Werkstücke einzig von der Größe der Diskontinuitäten im Werks.ück abhängig. Größenunterschiede verschiedener Diskontinuitäten innerhalb eines geprüften Werkstücks können leicht durch Beobachtung ihrer relativen Amplituden am Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 verglichen werden.

Wie ein Vergleich der F i g. 21 ■ und 2I2 zeigt, sind die

10

reflektierten !mpulsechos voneinander durch einen bestimmten Abstand auf der Horizontalachse des Bildschrims g.irennt. Die Lage des größeren ersten Impulses, der den Impuls vom Impulsgeber 4 darstellt, entspricht dei Eintrittsfläche des Testwerkstücks 10. Die Lage der nachfolgenden Impulse ist proportional der Zeit, die ein in das Werkstück eintiretender und sich darin ausbreitender Ultraschall benötigt, um eine bestimmte Diskontinuität zu erreichen, zuzüglich der Zeit, bis er zurück zur Eintrittsfläche des Werkstücks reflektiert ist. Da der erste, in den Fig. 211 und 2b dargestellte Impuls die Eintrittsfläche des Werkstücks darstellt, entspricht der Abstand zwischen dem ersten Impuls und jedem der nachfolgenden Impulse der relativen Tiefe der jeweiligen Diskontinuitäten im Werkstück.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Ultraschallprüfung von Werkstükken mii einem als Geber und Empfänger dienenden, mit dem Werkstück gekoppelten Liltraschallwandler (6), mit einem dem Ultraschallwandler (6) nachgeschalteten Empfangsverstärker (8), dessen Ausgang an eine Kathodenstrahlröhre (20) angeschlossen ist, mit einem Funktionsgenerator (12) zur Erzeugung einer Spannungsfunktion mit einer Kennlinie, die den Amplituden der reflektierten Impulse von mehreren gleich großen Diskontinuitäten (11) in verschiedenen Tiefen eines Testwerkstücks (10) entspricht, mit einem zur Vergleichmäßigung der Amplituden aus verschiedener Tiefe im Werkstück von gleich großen Diskontinuitäten reflektierten Ultraschallimpulsechos dienenden, mit dem Funktionsgenerator (12) verbundenen Steuersignalgenerator (14), der ein von der Spannungsfunktion des Funktions£«nerators (12) entsprechend einer vorbestimmten* Beziehung abgeleitetes Steuersigna! an den Empfangsverstärker (8) anlegt und die von gleich großen Diskontinuitäten innerhalb des Testwerkstücks (10) reflektierten Impulse vergleichmäßigt dadurch gekennzeichnet, daß der Steuergenerator (14) eine Teilerstufe (30), eine der Teilerstufe (30) nachgeschaltete Multiplikations- und Umkehrstufe (32) und eine dieser nachgeschaltete Additionsstufe (34) aufweist, daß das Ausgangssignal des Funktionsgenerators (12) der Teilerstufe (30) zugeführt, di ¹I Nenner und der Pegel in vertikalen Teilungen des Schirms der Kathodenstrahlröhre (20) den Zähler bildet, daß der Multiplikationsfaktor der Multiplikations- und Umkehrstufe (32) gleich dem vollen Skalenbereich des Bildsciirims ist und daß der von der Additionsstufe (34) hinzuaddierte Summand gleich dem vollen Skalenbereich zuzüglich einer Skalenteilung ist.