DE3139570A1

DE3139570A1 - Ultraschallgeraet zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE3139570A1
Application number: DE19813139570
Authority: DE
Inventors: Hanno 4018 Langenfeld Jacobs; Peter Dipl.-Ing. 5160 Düren Renzel
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1981-10-05
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE3139570C2; FR2514142B1; GB2107872A; US4432235A; JPH0136904B2; JPS5872053A; FR2514142A1; GB2107872B

Description

- '-5 - "--■ -^:· 3Ί39570

Krautkrämer GmbH 2. Oktober 1981

Luxemburger Str. 449 Kw/bdl

5ooo Köln 41 K-154

ULTRASCHALLGERÄT ZUR ZERSTÖRUNGSFREIEN WERKSTOFFPRÜFUNG.

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einem Bildschirm zur Darstellung der von Reflektoren in einem Prüfstück reflektierten Ultraschallsignale_D sowie einer Zeitblende zur Bewertung der empfangenen Ultraschall signale,wobei die Zeitblende in Form eines in seiner Lage und Ausdehnung veränderbaren Balkens (Blendenbalken) ebenfalls auf dem Bildschirm dargestellt wird und die jeweilige Länge des Blendenbalkens der Dauer der Zeitblende und die Höhe einer Vergleichsspannung entspricht.

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall impulsen ist es üblich, ausgewählte Laufzeitbereiche_s die im zu prüfenden Material definierten Tiefenbereichen entsprechen_s mit elektronischen Blenden auszublenden. Die Echoimpulse können dann getrennt nach Laufzeitbereichen ausgewertet werden. So kann eine Blende für den Reflektorerwartungsbereich bzw. Fehlererwartungsbereich und eine für die Rückwand gesetzt werden. Bei der Prüfung wird allgemein der Prüfkopf auf der Oberfläche des Prüfstückes bewegt. Die Aussendung und der Empfang der Ultraschanimpulse erfolgt in Abständen von einigen hundertste! bis einigen tausendstel Sekunden und wird durch einen Triggerimpuls gesteuert. Auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes ist dann nur ein Schwanken der Impulsanzeige infolge der Bewegung des Prüfkopfes wahrzunehmen. Für die Prüfung ist die Stellung, in der die höchste ImpulSamplitude innerhalb eines Erwartungsbereiches auftritt^ besonders wichtig. Bei der manuellen Prüfung wird daher der Prüfkopf so lange auf dem zu prüfenden Werkstück

hin und her bewegt und dabei unter Umständen auch um seine Längsachse gedreht, bis man die größte Impulsamplitude ermittelt hat. Dieses Ermitteln der größten Impulsamplitude ist für die Bewertung von Ungänzen im Prüfstück unumgänglich und erfordert eine verhältnismäßig hohe Aufmerksamkeit bei der Beobachtung des Bildschirmes. Die Schwankungen der Impulsamplitude sind hierbei sehr schnell und der Maximalwert kann sehr leicht übersehen werden. Auch wird bei dieser Prüfkopfbewegung der Maximalwert der Impulsamplitude sehr oft überschritten und muß dann neu erzeugt werden. Ein unmittelbarer Vergleich der zu verschiedenen Zeiten aufgetretenen vermeindlichen Maximalwerte fehlt hierbei. Oft hilft man sich dadurch, daß der vermeindliche Maximalwert mit einem Ulstift oder ähnlichem auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes markiert wird bis man gegebenenfalls einen noch größeren Wert findet. Eine solche Methode ist bei der Prüfung umständlich und zeitaufwendig. Um nicht zusätzlich durch unbedeutende Ultraschall impulsanzeigen irritiert zu werden, werden in den Erwartungsbereichen Schwell werte vorgegeben und nur Impulsamplituden, die die jeweilige Schwelle überschreiten, angezeigt (siehe Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Seite 247). Auch ist mit der DE-OS 29 45 2o1 ein Verfahren und eine Schaltungsvorrichtung bekannt, wonach es möglich ist, die Höhe des Schwellwertes und die Dauer des Erwartungsbereiches einzustellen und mit den eingestellten Koordinatenwerten auf dem Bildschirm als Balken abzubilden. Mit diesen bekannten Methoden ist es nicht möglich, automatisch die größte Amplitude mehrerer nacheinander empfangener Ultraschallsignale festzustellen und anzuzeigen.

Weiterhin ist eine Schaltung bekannt, die es ermöglichen soll, den Maximalwert von mehreren nacheinander empfangenen Ultraschall impulsen festzustellen und anzuzeigen (JP-Patentanmeldung 23-125285). Hierzu wird der gesamte zu prüfende Laufzeitbereich in Teilbereiche aufgeteilt und in jedem Laufzeitteilbereich mit einem Amplitudenzähler die Amplitudenhöhen ausgezählt und sowohl die Zeit als auch die Amplitudeninformationen gespeichert, wobei die Amplitudenzähler so ausgebildet sind, daß sie nur aufwärts (vorwärts) zählen. Durch einen manuell zu betätigenden Schalter kann die in den Speichern vorhandene Information zurückgerufen und auf dem Bildschirm eines Ultraschallgerätes angezeigt werden. Hierbei ist es

nachteilig, daß nur nach Betätigung eines Schalters der bislang größte aufgetretene Ultraschall impuls in seiner Amplitude auf dem Bildschirm angezeigt wird. Weiterhin wird nur ein einmal aufgetretenes maximales Echo reproduziert auf dem Bildschirm abgebildet; ein ständiges Verfolgen der Zunahme der Echoamplitude bzw. der Echoamplitudenveränderung ist nicht möglich. Ferner haben die bekannten Vorrichtungen den Nachteils daß ein relativ großer Schaltungsaufwand erforderlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde„ eine Schaltungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die einen gegenüber bekannten Vorrichtungen geringeren Schaltungsaufwand benötigen und mit der ein einfaches Ablesen der maximalen Echoamplitude mehrerer nacheinander empfangener Ultraschallechosignale möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile des Anspruches 1 gelöst.

Die weiteren Ansprüche offenbaren besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht also darin, daß der Maximalwert der unterschiedlich hohen Echoamplituden, die sich bei der Hin-und Herbewegung des Prüfkopfes auf dem Prüfstück ergeben, nicht nur ermittelt,, sondern auch ständig angezeigt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die mit Hilfe der Figuren 1-6 erläutert werden.

Es zeigen:

Fig.ia bis 1d die Verwendung des Blendenbalkens eines Ultraschallgerätes zur Anzeige der maximalen Ultraschallsignalamplitude;

Fig.2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles einer Schaltung zur Realisierung der Erfindung;

Fig.3 ein Blockschaltbild des in Fig.2 verwendeten Schwellwertgebers;

Fig.4 eine Darstellung zur Erläuterung der Blendenbalkenvoreinstellung durch sukzessive Approximation;

Fig.5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Realisierung der Erfindung;

Fig.6 ein Impulsschema zu Fig.5, und

Fig.7 ein Blockschaltbild mit Maximalwertspeicher und Zähler.

Fig.1 zeigt einen Bildschirm 1 eines Ultraschallgerätes.auf dem ein Ultraschallimpulsbild dargestellt ist wie es üblicherweise bei der Prüfung an Werkstücken auf dem Bildschirm zu sehen ist. Dabei ist mit 2 der auf dem Bildschirm 1 erscheinende Sendeimpuls, mit 3 ein von einer Ungänze stammendes Reflektorecho (auch Fehlerecho) und mit 4 ein von der Rückwand des Prüfstückes stammendes Rückwandecho bezeichnet. Auf dem Bildschirm 1 ist außerdem ein in seiner Höhe, seitlichen Lage und Länge variabler Blendenbalken sichtbar. Die Länge des Balkens 5 entspricht der Zeitblende (Fehlererwartungsbereich) t2-t1. Die Höhe des Blendenbalkens 5 entspricht erfindungsgemäß gerade der Höhe des Maximalwertes aller in einem Meßabschnitt empfangenen Fehlerechoamplituden 3:

Wenn bei einem Prüfvorgang der Prüfkopf also auf der Oberfläche des Prüfstückes relativ zu einem Reflektor bewegt wird, erhält man zum entsprechenden Zeitpunkt ein Echo dieses Reflektors in Form einer Impulsanzeige 3. Fällt diese Impulsanzeige in eine vorwählbare Zeitblende t2-t1, erscheint erfindungsgemäß ein Balken auf der Spitze dieser Impulsanzeige. Die Balkenlänge entspricht der Zeitdauer der Zeitblende t2-t1. Wird bei weiterer Prüfkopfbewegung die Impulsanzeige höher, so erscheint der Balken immer auf der Impulsspitze (Fig.1b). Wird dagegen bei weiterer Prüfkopfbewegung die Impulsanzeige kleiner (Fig.1c), so verbleibt der Balken in der einmal erreichten Höhe, jedenfalls so lange, wie im Zuge der Prüfkopfbewegungen die Impulshöhe unterhalb der Balkenhöhe bleibt. Tritt im weiteren Verlauf der Prüfkopfbewegungen eine noch höhere Impuls-

anzeige auf (Fig.id), setzt sich der Balken erfindungsgemäß auf die Spitze dieses nun noch höheren Impulses. Der Balken wird folglich immer bei einem Prüfvorgang die größte bis dahin aufgetretene Impulshöhe anzeigen.

In Fig.2 wird eine besonders vorteilhafte Schaltungsvorrichtung wiedergegeben, die die Steuerung der Höhe des Blendenbalkens in Abhängigkeit von der empfangenen Echoamplitude ermöglicht. Dabei ist mit 27 ein Trigger, mit 25 ein Ultraschallimpulssender, mit 24 ein Empfangsverstärker bezeichnet. Der Senderausgang und der Empfängereingang sind mit einem Prüfkapf 13 verbunden, der auf dem zu prüfenden Werkstück 15 aufliegt. Ferner enthält die Schaltungsvorrichtung ein Zeitblendenerzeugungseinheit 6, eine Amplitudenblende 17, einen Schwellwertgeber 23, ein UND-Gatter 19, Umschalter 11 und 12 sowie ein Bildteil 1o, das im wesentlichen aus einer Kathodenstrahlröhre besteht.

- 10 -

- 1ο -

Der Trigger 27 gibt Impulse 21 zur Triggerung des Ultraschallimpulssenders 25 ab, wodurch der Prüfkopf 13 zur Aussendung von Ultraschallimpulsen angeregt wird. Der von einem Reflektor 14 im Prüfstück 15 erzeugte Echoimpuls und das Echo von der Rückwand des Prüfstückes werden in diesem Beispiel vom selben Prüfkopf 13 nach den entsprechenden Laufzeiten der Impulse empfangen, in elektrische Impulse umgewandelt und im Empfangsverstärker 24 verstärkt. Es ist für die Erfindung ohne Bedeutung, ob die Echoimpulse vom selben Prüfkopf 13 oder von anderen Prüfköpfen empfangen werden. Der Triggerimpuls 21 startet auch eine Zeitblende 6, die den Zeitblendenimpuls 7 erzeugt. Impulslänge und Impulsbeginn des Zeitblendenimpulses 7 sind vorteil hafterweise wählbar und wie in Fig.1 angedeutet, durch die Zeitpunkte ti und t2 dargestellt.

Tritt beispielsweise innerhalb der Zeitblende 6 erstmals ein Impuls 3 auf, so entstehen, wie nachstehend beschrieben, Setzimpulse 18. Diese Setzimpulse werden zunächst dem Eingang 23e des Schwellwertgebers 23 zugeführt. Am Ausgang 23a des an sich bekannten Schwellwertgebers entsteht eine Vergleichsspannung 8, die sich mit jedem Setzimpuls 18 um einen Digitalschritt erhöht. Diese Vergleichsspannung 8 wird dem einen Eingang 17f des Komparators 17 zugeführt, dem anderen Eingang 17e des Komparators werden die vom Empfangsverstärker 24 verstärkten Impulse 2, 3, 4 zugeführt. Am Ausgang 17a des Komparators sind folglich diese Impulse dann vorhanden, wenn die am Komparatoreingang 17e anliegenden Impulse 2, 3,4 in ihren jeweiligen Spitzenwerten höher sind als die an dem anderen Eingang vorhandene Vergleichsspannung 8. Diese vom Komparator gelieferten Impulse werden dem einen Eingang 19f des UND-Gatters 19 zugeführt, wobei am anderen Eingang 19e dieses UND-Gatters der Zeitblendenimpuls 7 der Zeitblende 6 anliegt. Folglich wird von den Impulsen am Eingang 19f nur dieser Impuls durch das UND-Gatter durchgelassen, der während des Zeitblendenimpulses 7 vorhanden ist; das ist in diesem Beispiel der Impuls 3. Dieser Impuls wird dem Schwellwertgeber 23 an seinem Eingang 23e als Setz impuls 18 zugefügt. .

Ist durch eine entsprechende Anzahl von Setzimpulsen 18 die Vergleichsspannung 8 um einen Digital schritt höher als einer der Spitzenwerte der

- 11 -

Impulse 2, 3 oder 4, so wird der Komparator diesen Impuls sperren und an seinem Ausgang für diesen Zeitpunkt keinen Impuls erzeugen. Ist das für den Impuls 3 der Fall, dann wird innerhalb der durch den Zeitblendenimpuls 7 gegebenen Zeit ti bis t2 kein Impuls vom UND-Gatter durchgelassen. Die anderen Impulse brauchen hier nicht weiter betrachtet zu werden, da sie sowieso nicht das UND-Gatter passieren können. Wird aber kein Setzimpuls 18 mehr erzeugt, kann auch der Schwellwertgeber 23 die Vergleichsspannung 8 an seinem Ausgang nicht mehr erhöhen. Erst wenn während des Zeitblendenimpulses 7 ein Impuls 3 mit einem höheren Spitzenwert als es der jeweiligen Vergleichsspannung 8 entspricht, auftritt, wird wieder ein Setzimpuls 18 erzeugt und die Vergleichsspannung 8 weiter erhöht, solange bis sie wieder um einen Digitalschritt höher liegt als der Spitzenwert dieses Impulses. Durch einen vorzugsweise elektronisch arbeitenden ersten Umschalter 11 wird an den Signalverstärker des Bildteiles 10 des Ultraschallgerätes, das ist vorzugsweise der Y-Verstärker, im zeitlichen Rhythmus, und hier wieder vorzugsweise alternierend, einmal der Ausgang des Empfangsverstärkers 24 zur Abbildung der Impulsanzeige 2, 3, 4 und einmal die Vergleichsspannung 8 zur Anzeige der größten bis dahin innerhalb der Zeitblende 6 aufgetretenen Impulsspitze angeschaltet. Hierdurch erscheint auf dem Bildschirm 1 des Bildteiles 10 des Ultraschallqerätes ein Balken in der Bildschirmhöhe eines bis dahin aufgetretenen größten Impulses. Mit einem zweiten Umschalter 12 wird zur Abbildung des Impulsbildes auf dem Bildschirm in der entsprechenden Stellung des ersten Umschalters 11 der Bildschirm für den gesamten Zeilenkipp des Bildteiles hell gesteuert, und in der anderen Stellung des Umschalters 11 wird der Bildschirm nur für die Dauer der Zeitblende 6, vorteilhafterweise durch den Zeitblendenimpuls 7 selbst, hellgesteuert. Hierdurch wird erreicht, daß der Balken vorteilhafterweise nur während der Zeitdauer der Zeitblende 6, also in der Zeit ti bis t2 auf dem Bildschirm erscheint.

Mit Hilfe eines Schalters 2o kann zur Einleitung eines neuen Meßvorganges der Schwellwertgeber zurückgesetzt werden, so daß die Vergleichsspannung ihren unteren Wert annimmt.

- 12 -

In einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend der Fig.3 besteht der Schwellwertgeber 23 aus einem D/A-Wandler 231, einer Flip-Flop-Stufe und einem Mikroprozessor 233. Hierbei werden vorzugsweise die vom UND-Gatter 19 erzeugten Setzimpulse 18 zunächst zur Impulsformung der Flip-Flop-Stufe 232 zugeführt. Diese Stufe wird vom Mikroprozessor 233 mit jedem Triggervorgang der Triggerstufe 27 über die Verbindung 234 zurückgesetzt. Die Flip-Flop-Stufe erzeugt einen Impuls 26, der dem D/A-Wandler als Setzimpuls zugeführt wird, wodurch die Vergleichsspannung 8 um einen Digitalschritt erhöht wird. Ist die Vergleichsspannung 8 um einen Digitalschritt höher als die Amplitude des Ultraschanimpulses 3, sperrt der Komparator 17. Es wird, wie bereits beschrieben, kein neuer Setzimpuls 18 erzeugt, die Flip-Flop-Stufe wird nicht mehr gesetzt und gibt demzufolge auch keinen Setzimpuls mehr an den D/A-Wandler.

Erst wenn während des Zeitblendenimpulses 7 ein Impuls 3 mit einem höheren Spitzenwert als es der jeweiligen Vergleichsspannung 8 entspricht, auftritt, wird die Flip-Flop-Stufe wieder gesetzt und die Vergleichsspannung 8 weiter erhöht, bis sie wieder um einen Digitalschritt höher liegt als der Spitzenwert dieses Impulses.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zum Vorteil einer schnellen Einstellung der Vergleichsspannung 8 auf den Spitzenwert eines Impulses, wie in Fig.4 dargestellt, diese bereits auf 1/2 der möglichen Impulshöhe eingestellt (4a). Im Komparator 17 wird dann, wie beschreiben, verglichen und entweder diese Vergleichsspannung um 1/4 der möglichen Impulshöhe verkleinert (4b), wenn der Komparator kein Ausgangssignal innerhalb der Zeitblende, oder um 1/4 der möglichen Impulshöhe vergrößert, wenn der Komparator innerhalb der Zeitblende an die Flip-Flop-Stufe 232 Impulse liefert. In weiteren Schritten wird dann die Vergleichsspannung jeweils um 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 und 1/128 der möglichen Impulshöhe vergrößert oder verkleinert (4c-4e), bis z.B. nach dem 7. Triggerimpuls die Vergleichsspannung so weit an den Impulsspitzenwert angenähert ist, daß dann in wenigen weiteren Digitalschritten die Vergleichsspannung um den genannten einen Digitalschritt höher liegt als der Wert der Impulsspitze. Es ist zweckmäßig, diese

- 13 -

sukzessive Approximation durch den Mikroprozessor 233 (Fig.3) vorzunehmen, wodurch die Verbindung 235 des Mikroprozessors zum D/A-Wandler aus entsprechend vielen Leitungen, hier z.B. 8 Leiter, bestehen muß.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere zur Anwendung bei der analogen Signalverarbeitung, wird ein Maximalwertspeicher an sich bekannter Art verwendet. Ein derartiger Maximalwertspeicher benutzt die Aufladung eines Kondensators und ist z.B. von J.R. Naylor beschrieben (Digital and analog signal applications of operational amplifiers , IEEE Spectrum, Juni 1971, S. 41/42). Bei' dem genannten Maximalwertspeicher ist es aber nachteilig, daß keine Vergrößerung des sich in der Zeitblende wiederholenden Ultraschall impulses verfolgt werden kann und daß Störimpulse mit einer größeren Amplitude als die zu messenden Ultraschall impulse zu Fehlmessungen führen.

In Fig.5 ist eine entsprechende vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung skizziert. Vom üblichen Ultraschallgerät sind hier dargestellt: die Triggerstufe 27, der Impulssender 25_S ein Prüfkopf 13 angekoppelt an das Prüfstück 15 mit einem Reflektor 14, der Empfangsverstärker 24, eine Zeitblendenstufe 6, das Bildteil 10 mit Kippstufe 1o1 zur Erzeugung des Zeilenkipps und die Hell steuerstufe 1o2 für die Bildröhre. Erfindungsgemäß sind in diesem Beispiel der Schaltungsvorrichtung noch in dem mit der Kennziffer 35 bezeichneten Bereich vorhanden: ein UND-Gatter 3o , ein Maximalwertspeicher 31 an sich bekannter Art und triggerbare Umschalter 11 und 12.

Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus der Schaltungsvorrichtung und der funktionsmäßigen Zusammenhänge wird das Impulsschema der Fig.6 herangezogen. Hierin ist die Zeitblende 6 durch die Zeitblendenimpulse 7 dargestellt. 21 sind die Triggerimpulse, die die Wiederholungen der einzelnen Meßvorgänge auslösen; 3 sind die während der Zeitblendendauer (Erwartungsbereich) empfangenen Ultraschall impulse. Der Zeilenkipp für die Bildröhre 10 ist durch die Sägezahnimpulse 1o3 dargestellt. 38 ist die jeweilige Spannung am Maximalwertspeicher 31. Hinter dem Umschalter 11 ist diese Gleichspannung am Bildteil 10 nur impulsförmig vorhanden; dargestellt durch die Impulse 39. 3/39 sind die für jeden Triggervorgang von der Bildröhre abgebildeten Impulse und

- 14 -

3+5 das vom Auge wahrgenommene Impulsbild, wobei die Balkenhöhe 5 der Höhe des Impulses 39 entspricht. In den Figuren 5 und 6 und den Beschreibungen wird nur auf die innerhalb der Zeitblende empfangenen Impulse 3 bezuggenommen. Die selbstverständlich auch vorhandenen anderen Impulse wie Sendeimpuls, Rückwandimpuls und andere außerhalb der Zeitblende liegenden Impulse sind nicht dargestellt, weil hier kein Zusammenhang mit den Vorteilen der Erfindung besteht.

Für die erfindungsgemäße Anzeige der größten Impulsamplitude innerhalb einer Meßdauer wird zunächst in diesem Beispiel nach Fig. 5 und 6 der Maximalwertspeicher 31 durch den geschlossenen Schalter 20 auf einen unteren Wert gesetzt. Wird der Schalter 2o geöffnet und liefert der Empfangsverstärker 24 Impulse, so liegen diese am Eingang 30g des UND-Gatters 30 an. Am Eingang 3Oe dieses UND-Gatters liegt auch der Zeitblendenimpuls 7 an, so daß der empfangene Impuls, sofern er in den Bereich der Zeitblende fällt, das UND-Gatter passieren kann und dem Maximalwertspeicher 31 zugeführt wird.

Der Kondensator 36 wird folglich mit der Spitzenspannung dieses Impulses aufgeladen. Folgeimpulse, die in ihrer Spannungsspitze unterhalb der Ladespannung des Kondensators 36 liegen, haben keinen Einfluß auf die Ladespannung. Der Kondensator 36 bleibt also immer auf dem höchsten Spannungswert aufgeladen, den bis dahin ein Impuls aufwies.

Mit jedem Trigger-Impuls 21 wird die Kippstufe 1o1 für die Bildröhre gestartet und für einen Erwartungsbereich die Zeitblende 6 gesetzt , die den Zeitblendenimpuls 7 erzeugt. Der Triggerimpuls schaltet auch, vorzugsweise alternierend, die Umschalter 11 und 12 um. In der Obersten Stellung der Umschalter wird das normale Ultraschallimpulsbild auf dem Bildschirm der Bildröhre abgebildet, in der unteren Stellung wird nur während des Zeitblendenimpulses 7 die Ladespannung 38 am Maximalwertspeicher 31 abgebildet, wobei es vorteilhaft ist, die Hellsteuerung der Bildröhre in dieser Phase nicht durch die Hell steuerstufe 1o2, sondern durch die Zeitblendenstufe 6 vorzunehmen. Es ist auch leicht möglich, den Sender 25 so zu triggern, daß er während der Abbildung der Spannung 38 keine Ul traschall impulse

- 15 -

erzeugt. Der Triggerimpuls 21 wird üblicherweise mehrere hundert bis mehrere tausendmal pro Sekunde erzeugt, so daß durch die Umschaltung von Echobild auf Abbildung der Spannung 38 das Auge diesem Wechsel nicht folgen kann und auf dem Bildschirm sowohl das übliche Ultraschall impulsbi Id zu sehen ist, als auch die Abbildung der Spannung 38 am Maximalwertspeicher, die erfingungsgemäß als Balken 5 für die Dauer der Zeitblende zu sehen ist, und zwar mit denselben Koordinaten der Bildschirmhöhe wie die Spitze eines bis dahin aufgetretenen größten Impulses.

In einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung werden zur Vermeidung von Meßwertverfälschungen durch Störimpulse dem Maximalviertspeicher nur solche Impulse zugeführt, die N-mal ununterbrochen mit jedem Triggervorgang in der Zeitblende auftreten. Hierzu wird gemäß Fig„7 zusätzlich ein Impulszähler 32, ein weiteres UND-Gatter 34 und ein Komparator benötigt. Als UND-Gatter 30 wird eine Ausführung mit 3 Eingängen verwendet. In dieser Ausgestaltung wird wieder durch den Schalter 20 der Maximalwertspeicher auf einen unteren Wert gebracht₉ wobei der Zähler 32 entsprechend seiner später beschriebenen Funktion auf "Null" gesetzt ist. Wird nun der Schalter 20 geöffnet und liefert der Empfangsverstärker 24 Impulse, so liegen diese auch am Komparatoreingang 33f des Komparators 33 an. Am Komparatoreingang 33e liegt eine untere Spannung an, da der Kondensator 36 noch nicht aufgeladen ist. Der Komparator läßt folglich die Impulse vom Empfänger passieren und führt sie dem Eingang 34e des UND-Gatters 34 zu. Am Eingang 34f dieses UND-Gatters liegt der Zeitblendenimpuls 7 an, so daß der empfangene Impuls, sofern er in den Bereich der Zeitblende fällt _y das UND-Gatter passieren kann, und dem Einqanq 32e des Zählers 32 zugeführt wird. Dieser Zähler 32 ist so ausgelegt, daß er an seinem Ausgang 32a einen Gleichspannungsimpuls aufbaut, wenn er von seinem Eingang 32e N-mal hintereinander, d.h. für aufeinander folgendene Zeitblenden-Impulse 7, die an seinem Eingang 32r angelegt werden, einen Impuls zugeführt bekommen hat. Erhält er innerhalb eines Zeitblendenimpulses einmal keinen Impuls an seinen Eingang 32e zugeführt, so schaltet der Zähler auf seine Ausgangsstellung (Zählwert "Null") zurück. Durch

- 16 -

diese Zählerauslegung liegt am Zählerausgang 32a und damit am dritten Eingang 30f des UND-Gatters 30 ein Öffnungsimpuls an, sofern N-mal hintereinander in jedem Zeitblendenimpuls ein zu messender Impuls 3 vorhanden war. Dem UND-'Gatter 30 wird an seinem Eingang 30e auch der Zeitblendenimpuls 7 zugeführt und seinem Eingang 30g die vom Empfänger 24 gelieferten Impulse 3. Am Ausgang 30a des Gatters sind also nur dann Impulse vom Empfänger 24 vorhanden, wenn sie innerhalb der Zeitblende auftreten und wenn sie N-mal vom Zähler hintereinander gezählt worden sind. Der Maximalwertspeicher 31 wird folglich mit der Spitzenspannung dieses Impulses aufgeladen. Da der Maximalwertspeicher auch am Eingang 33e des !Comparators 33 liegt, können vorzugsweise nur nachfolgende Impulse,die diesen Spannungswert überschreiten,in den Zähler 32 gelangen und nur dann den Kondensator 36 weiter aufladen, wenn dieser Vorgang mit N-aufeinanderfolgenden Triggerungen auch N-mal hintereinander aufgetreten ist. Impulse, die in ihrer Spannungsspitze unterhalb der Ladespannung des Kondensators 36 liegen, können den Komparator 33 nicht mehr passieren. Der Kondensator 36 bleibt also immer auf dem höchsten Spannungswert aufgeladen, den bis dahin ein Impuls, der sich mit jeder Zeitblende N-mal wiederholt hat, aufwies. Tritt irgendwann innerhalb der Zeitblende ein Störimpuls auf, dessen Impulsspitze eine höhere Spannung aufweist als es der Spannung am Kondensator 36 entspricht, so wird zwar dieser Störimpuls den Komparator 33 und das UND-Gatter 34 passieren können und wird vom Zähler 32 gezählt. Da sich ein Störimpuls erfahrungsgemäß aber nicht N-mal mit jeder Triggerung und ohne Unterbrechung wiederholt, wird einmal eine Zeitblende am Zähler 32 anliegen, während kein Impuls an seinem Eingang 32e auftritt, so daß der Zähler wieder auf "Null" zurückgesetzt wird.

Claims

Krautkrämer GmbH 2. Oktober 1981

Luxemburger Str. 449 P/Kw/bdl

5ooo Köln 41 K-154

Patentansprüche

. ' Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einem Bildschirm zur Darstellung der von Reflektoren in einem Prüfstück reflektierten Ultraschallsignale,sowie einer ZeitbTende zur Bewertung der empfangenen Ultraschallsignale_s wobei die Zeitblende in Form eines in seiner Lage und Ausdehnung veränderbaren Balkens (Blendenbalken) ebenfalls auf dem Bildschirm dargestellt wird und die jeweilige Länge des Blendenbalkens der Dauer der Zeitblende und die Höhe einer Vergleichsspannung entspricht

d a d u r c h g e k e η η ζ e i c b η e t ,

- daß jedes empfangene Ultraschallsignal (3), das in die durch die Zeitblende (6) vorgegebene Zeitdifferenz ti bis t2 fällt und dessen Amplitude größer ist als die Vergleichsspannung (8;38) solange eine Erhöhung des Blendenbalkens (5) bewirkt, bis die Vergleichsspannung und damit die Höhe des Blendenbalkens gleich der jeweiligen Ultraschallsignalamplitude ist und

- daß bei innerhalb der Zeitblende empfangenen Ultraschallsignalen deren Amplituden kleiner sind als die Vergleichsspannung die Höhe des BTendenbalkens auf dem Bildschirm unverändert bleibt.
2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vergleichsspannung (8) der Schwellwertspannung einer Amplitudenblende entspricht, die im wesentlichen aus einem Komparator (17) besteht, an dessen einem Eingang (17f) die Schwellwertspannung und an dessen anderem Eingang (17e) das Ultraschallsignal liegt,

daß der Ausgang (17a) des Komparators (17) mit dem einen Eingang (19f) eines UND-Gatters (19) verbunden ist und an dessen anderem Eingang (19e) die Zeitblende (6) liegt, und

daß der Ausgang (19a) des UND-Gatters (19) mit dem Eingang (23e) des Schwellwertgebers (23) verbunden ist, an dessen Ausgang (23a) immer dann eine Erhöhung der analogen Vergleichsspannung (8) um einen Digital schritt erfolgt, wenn am Eingang (23e) des Schwellwertgebers ein Impuls auftritt, und

daß der Ausgang (23a) des Schwellwertgebers mit den Meßplatten der Bildröhre (1o) des US-Gerätes verbunden ist.
3. Ultraschallgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schwell wertgeber im wesentlichen aus einem Mikroprozessor (233) mit nachgeschaltetem D/A-Wandler (231) besteht.
4. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zeitblende (6) mit dem einen Eingang (3Oe) eines UND-Gatters (30) verbunden ist, an dessen zweiten Eingang (30g) das US-Signal liegt,

daß der Ausgang (30a) des UND-Gatters (30) mit dem Eingang eines analogen Maximalwertspeichers (31) verbunden ist, und

daß der Ausgang des Maximalwertspeichers (31) mit den Meßplatten der Bildröhre (10) des Ultraschallgerätes verbunden ist.
5. Ultraschallgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das UND-Gatter (30) 3 Eingänge (3Oe, 3Of, 30g) aufweist und daß der dritte Eingang (3Of) des UND-Gatters über einen Störsignal zähler (32) und einem diesen Zähler vorgeschalteten Komparator (33) mit dem Ausgang des Maximalwertspeichers (31) verbunden ist, wobei einem Eingang (33f) des Komparators (33) das US-Signal zugeführt wird.
6. Ultraschallgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Zähler (32) und dem Komparator (33) ein UND-Gatter (34) vorhanden ist, an dessen einem Eingang (34f) die Zeitblende (6) und an dessen anderem Eingang (34e) der Ausgang (33a) des Komparators liegt.
7. Ultraschallgerät nach den Ansprüchen 1bis3_s dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindung vom Mikroprozessor (233) zum D/A-Handler (231) aus mehreren Leitungen (235) besteht und daß über diese Leitungen der D/A-Wandler (231) zunächst eine Vergleichsspannung erzeugt, die halb so groß ist wie ihr möglicher Endwert, die dann nach dem Vergleich mit der Amplitude des US-signals jeweils wiederum um die Hälfte erhöht oder verringert wird bis in weniger als 1o Annäherungsschritten (sukzessive Approximation) die Vergleichsspannung grob der Amplitude des US-Signals angenähert ist.
8. Ultraschallgerät nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindung des Maximalwertspeichers (31) mit den Meßplatten der Bildröhre (10) und die Zuführung der empfangenen Ultraschansignale zur Bildröhre alternierend oder in einem vorgegebenen Rhythmus bzgl. des Zeilenkipps der Bildröhre erfolgt.

Ultraschallgerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindung des Ausganges des Schwellwertgebers (23) mit den Meßplatten der Bildröhre (1o) und die Zuführung der empfangenen Ultraschallsignale zur Bildröhre alternierend oder in einem vorgegebenen Rhythmus bzgl. des Zeilenkipps der Bildröhre erfolgt.