DE3016879C2

DE3016879C2 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ultraschall-Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE3016879C2
Application number: DE3016879A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Kaule; Erik Dipl.-Ing. Dr. 5000 Köln Primbsch
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1982-12-30
Also published as: US4381676A; DE3016879A1; JPS571968A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschall-Werkstoffprüfung mit berührungslosem optischen Empfang der Ultraschallwellen bei dem die von der Ultraschallwelle ausgelenkten Oberflächenteile des Prüfstückes mit Licht beaufschlagt werden und dieses durch die Oberflächenschwingungen modulierte Licht (Empfangslicht) mit einem Laufzeitinterferometer analysiert wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Verfahren der eingangs erwähnten Art sind beispielsweise aus der DE-OS 24 57 253 bekannt Nachteilig wirkt sich bei derartigen Verfahren aus, daß Schwankungen des Meßlichtes durch Veränderung des Reflexionsvermögens der Prüfstücksoberfläche (etwa hervorgerufen durch Bewegung der Oberfläche) die Empfindlichkeit des Interferometers beeinflussen.

Aus der DE-OS 19 36 905 ist eine Vorrichtung zur Helligkeitskorrektur optischer Geräte, wie Filmkopiermaschinen, fotografischer Kopiergeräte etc. bekannt. Dabei wird der Lichtstrahl durch eine verstellbare Blende geführt und ein Teil des durch die Blende gelangenden Nutzstrahles wird mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels ausgekoppelt und einem Fotoelement zugeführt. Ändert sich die Lichtintensität des Nutzstrahlers, so werden die entsprechenden Strom-

:5 oder Spannungsänderungen am Ausgang des Fotoelements zur Regelung der Blendenöffnung verwendet, so daß die Lichtintensität ihren ursprünglich vorgegebenen Wert wieder erlangt. Nachteilig ist bei derartigen Vorrichtungen, daß nur Lichtintensitätsänderungen ausgeregelt werden, die von der Lichtquelle stammen. Lichtintensitätsänderungen, die hingegen auf Änderungen des Reflexionsgrades des eigentlichen Meßobjektes beruhen, und die an sich nicht gemessen werden sollen und daher eine Empfindlichkeitsänderung der Meßvorrichtung bewirken, werden nicht ausgeregelt.

Aus der DE-OS 26 00 933 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der Lichtintensität von Fotokopieranlagen bekannt. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung wird, wie im Falle der DE-OS 19 36 905, entweder das direkt von der Lichtquelle oder das über einen Hilfsreflektor kommende Licht zur Regelung der Lichtintensität verwendet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem es möglich ist, das empfangene Meßlicht möglichst konstant zu halten. Ferner sollen Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 geben besonders vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahrens.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden mit Hilfe von Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1—3 Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Auskopplung eines Teils des Empfangslichtes zur Regelung der Intensität des die Oberfläche des Prüfstückes beleuchtenden Lichtes.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Prüfstück bezeichnet, auf dessen Oberfläche 2 ein Lichtstrahl 3 auftritt. Dieses Licht wird beispielsweise durch einen Laser 4 erzeugt. Die Intensität des Laserlichtes kann mit Hilfe eines elektrooptischen Bauelementes — etwa einer Pockelszelle — verändert werden.

Das von der Oberfläche des Prüfstückes 1 reflektierte

und gestreute Empfangslicht 3' gelangt über ein Laufzeitinterferometer 6 in eine Fotozelle 7. Das am Ausgang dieser Fotozelle sich ergebende elektrische Signal wird dann in einer Auswerteeinheit 8 weiterverarbeitet.

Um einen Teil des Empfangslichtes V zur Regelung der Intensität des auf die Oberfläche 2 des Prüfstückes 1 auftreffenden Lichtes auszukoppeln, ist eine teildurchlässige Platte (z. B. eine Glasplatte) 9 vorgesehen. Der derart ausgekoppelte Lichtstrahl 3" wird von einer Fotozelle 10 <n ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal w^;rd in einer elektronischen Baueinheit 11 mit einem vorgegebenen Sollwert 20 verglichen. Liegt der Istwert unter dem Sollwert (zu geringt; Intensität des Empfangslichtes), so wird die Lichtintensität des das Prüfstück 1 beleuchtenden Lichtes 3 mit Hilfe der Pockelszelle 5 so lange erhöht, bis das Empfangslicht den vorgegebenen Istwert erreicht hat. Bei einem Istwert, der über dem Sollwert liegt, wird entsprechend die Lichtintensi'it des das Prüfstück 1 beleuchtenden Lichtes 3 verringert.

In Fig.2 und 3 sind zwei weitere, besonders vorteilhafte Vorrichtungen dargestellt, die ein Auskoppeln des für die Regelung benutzten Empfangslichtes 3" zeigen ohne daß ein zusätzlicher Spiegel 9 erforderlich ist Im Falle der Verwendung eines biterferometers vom Michelson-Typ (Fig.2) wird als Reflexionsspiegel in einem der beiden Interferometerarme ein teildurchlässiger Spiegel 61 verwendet Es hat sich gezeigt, daß eine Durchlässigkeit dieses Spiegels von nur 2% ausreichend ist

Bei Verwendung eines Interferometers vom Mach-Zehnder-Typ (F i g. 3) werden die von den Fotozellen 10 und 7 kommenden elektrischen Signale zunächst einem

ίο Addierglied 12 zugeführt und das Ausgangssignal dieses Addiergliedes mit dem Eingang der Einheit 11 verbunden. Da die von dem Auskoppelspiegel 61' abgeleiteten Signale komplementär sind, heben sich bei abgeglichenem Interferometer die auf die Schallsignale zurückzuführenden Anteile der elektrischen Signale bei der Addition gerade heraus. Das Ausgangssignal des Addiergliedes 12 enthält also im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Verfahren in diesem Fall nur noch eine Information über die Schwankung des Empfangslichtes ohne daß die durch die Ultraschallwelle verursachten und zu analysierenden Schwankungen mitberücksichtigt werden. Diese Anordnung hat sich bei Vorrichtungen zum berührungslosen optischen Empfang von Ultraschallwellen als besonders geeignet erwiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschall-Werkstoffprüfung mit berührungslosem optischen Empfang der Ultraschallwellen, bei dem die von der Ultraschallwelle ausgelenkten Oberflächenteile des Prüfstückes mit Licht beaufschlagt werden und dieses durch die Oberflächenschwingungen modulierte Licht (Empfangslicht) mit einem Laufzeitinterferometer analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (3") des modulierten Empfangslichtes (3') ausgekoppelt und zur gegensinnigen Regelung der Intensität des die Oberfläche (2) des Prüfstücks (1) beaufschlagenden Lichtes (3) verwendet wird.

2. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ultraschall-Werkstoffprüfung mit berühningslosem optischen Empfang der Ultraschallwellen für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Auskopplung des für die Regelung des der Prüfstückoberfläche (2) zugeführten Lichts (3) notwendigen Anteils des modulierten Lichts (3") im Meßlichtstrahl (Empfangslicht) ein teildurchlässiger Spiegel (9, 61, 61') vorgesehen ist, daß in den Strahlengang des ausgekoppelten, modulierten Lichts (3") eine Fotozelle (10) vorgesehen und dieser Fotozelle (10) zwecks Durchführung eines Soll/Ist-Vergleichs eine elektronische Einheit (11) nachgeschaltet ist, die mit einem optoelektrischen Bauelement (5) im Beleuchtungsstrahl (3) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Laufzeitinterferometers (6) vom Michelson-Typ der Reflexionsspiegel (61) eines der beiden Interferometerarme teildurchlässig als Auskopplungselement für den zur Regelung erforderlichen, modulierten Strahlenanteil (3") vorgesehen ist, daß in den Strahlengang des ausgekoppelten Lichts (3") eine Fotozelle (10) vorgesehen und dieser Fotozelle (10) zwecks Duchführung eines Soll/Ist-Vergleichs eine elektronische Einheit (11) nachgeschaltet ist, die mit einem optoelektrischen Bauelement (5) im Beleuchtungsstrahl (3) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Laufzeitinterferometers (6') vom Mach-Zehnder-Typ dem in beiden Richtungen teildurchlässigen Auskopplungs-Spiegel (61') sowohl eine erste der Auswerteeinheit (8) vorgeschaltete Fotozelle (7) als auch eine zweite Fotozelle (10) für den zur Regelung erforderlichen modulierten Strahlenanteil (3") vorgesehen ist, daß der Ausgang der ersten Fotozelle (7) sowohl auf die Auswerteeinheit (8) als auch auf den ersten Eingang eines Addiergliedes (12) und der Ausgang der zweiten Fotozelle (10) auf den zweiten Eingang des Addiergliedes (12) geschaltet ist und daß der Ausgang des Addiergliedes (12) mit einer elektronischen Einheit (11) zur Durchführung eines Soll/Ist-Vergleichs und der Ausgang der elektronischen Einheit (11) mit einem optoelektrischen Bauelement (5) im Beleuchtungsstrahl (3) verbunden ist.