DE3205574A1 - Ultraschallfuehler - Google Patents

Ultraschallfuehler

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DE3205574A1
DE3205574A1 DE19823205574 DE3205574A DE3205574A1 DE 3205574 A1 DE3205574 A1 DE 3205574A1 DE 19823205574 DE19823205574 DE 19823205574 DE 3205574 A DE3205574 A DE 3205574A DE 3205574 A1 DE3205574 A1 DE 3205574A1
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DE
Germany
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ultrasonic
shaft
longitudinal axis
transducer
axis
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Ira Norman Cincinnati Ohio Sherman
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2487—Directing probes, e.g. angle probes
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves

Description

Ultraschallfühler
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum zerstörungsfreien Prüfen und Untersuchen von Objekten und betrifft insbesondere einen neuen und verbesserten Fühler, mittels welchem sich Anomalien auf und unter der Oberfläche eines Objekts, das Aussparungen hat, z.B. zylindrische, eiförmige und andere herkömmliche Aussparungen, erkennen lassen, indem die Innenoberfläche der Aussparung mit Ultraschallenergie beaufschlagt wird.
Die Verwendung von Mitteln zur zerstörungsfreien. Untersuchung, wie Röntgenstrahlen oder Ultraschallenergie, zum Erkennen von Anomalien auf und/oder unter den Oberflächen von Objekten ist bekannt. Die heutigen Techniken sind aber in bezug auf die Ümfangsuntersuchung von Schraubenlöchern oder Bohrungen, insbesondere von Löchern oder Bohrungen relativ kleinen Durchmessers, nicht völlig zufriedenstellend.
Die erwünschte Verwendung von solchen Untersuchungsmitteln erfordert außerdem, daß die Untersuchungsmittel mit einer Computersteuerung an einer Fertigungsstelle kompatibel und in der Lage sind, Ergebnisse mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit zu liefern.
In· einer Ausgestaltung der Erfindung hat der Fühler einen langgestreckten Schaft und einen vorbestimmt ausgerichteten Ultraschallwandler, der an dem Schaft befestigt und in einem vorbestimmten Abstand versetzt gegen dessen Längsachse angeordnet ist. Der Fühler ist in einer zylindrischen Aussparung in einem Objekt drehbar und axial verschiebbar, um Anomalien auf und/oder unter der Oberfläche des Objekts zu untersuchen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat der Fühler einen langgestreckten Schaft mit einem Querfortsatz, an dem ein Ultraschallwandler befestigt und in einem vorbestimmten Abstand versetzt gegen die Längsachse des Schaftes angeordnet ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Ausführungsform des Ultraschallfühlers nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Teilschnittansicht nach der Linie
2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm, das zeigt, wie ein gewünschter Untersuchungsmoduswinkel zur Verwendung bei dem Fühler von Fig. 1 und 2 bestimmt wird,
Fig. 4 in gleicher Teilschnittansicht wie in
Fig. 2 eine Modifizierung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Fühlers nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausfüh
rungsform des Ultraschallfühlers nach der Erfindung und
Fig. 6 eine vereinfachte Unteransicht des in
Fig. 5 gezeigten Fühlers.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Ultraschallfühlers nach der Erfindung. Der Fühler 1 hat einen langgestreckten Schaft 2, einen elektrischen Anschluß 3, der an einem Ende des Schaftes angebracht ist> eine Queraussparung 4, die in dem Schaft gebildet ist, und einen herkömmlichen Ultraschallwandler 5, der an dem Schaft im Grund der Aussparung befestigt ist. Der Fühler 1 dient zur umfangsmäßigen, zerstörungsfreien Untersuchung von Anomalien auf und/oder unter der Innenoberfläche, d.h. in dem Bereich unter der Oberfläche einer zylindrischen Aussparung in einem Objekt durch Beaufschlagen der betreffenden Fläche mit Ultraschallenergie. Vorzugsweise ist das andere Ende 2a des Fühlers konisch, um das Einführen des Fühlers in die zu untersuchende Aussparung zu erleichtern.
Gemäß Fig. 2 ist die Queraussparung 4 vorzugsweise ein seitlicher Ausschnitt mit einer ebenen Grundfläche 7, die vorzugsweise parallel, aber nicht notwendigerweise koplanar zu der Längsachse des Schaftes 2 ist. Darüber hinaus ist die Tiefe des. seitlichen Ausschnitts für die Erfindung unkritisch. Der.Ultraschallwandler 5 ist vorzugsweise im Grund der Queraussparung in einem vorbestimmten Abstand oder mit einer vorbestimmten Versetzung "a" von einer Mittelachse d-d des
Schaftes 2 befestigt. Der vorbestimmte Abstand "a" wird zwischen der Achse der ültraschallenergieabstrahlung von dem Wandler und der Längsachse des Schaftes auf einer Linie gemessen, die zu den beiden Achsen rechtwinkelig ist.
Es sei angemerkt, daß eine Queraussparung oder ein seitlicher Ausschnitt nicht wesentlich ist, weil der Ultraschallwandler 5 in der Seite des Schaftes befestigt sein kann. Die Anordnung des Wandlers 5 in dem Ausschnitt ist jedoch vorzuziehen, weil sie dem Wandler Schutz gewährt. Der Ultraschallwandler 5 wird ungeachtet dessen, wo er befestigt oder abgestützt wird, so ausgerichtet, daß die Achse der Ultraschallenergieabstrahlung von dem Wandler in einer Ebene nach außen gerichtet ist, die zu der Längsachse des Schaftes 2 rechtwinkelig ist. Eine herkömmliche Linse .6 ist zum Schutz des Ultraschallwandlers und zum Verschließen der Aussparung, in der der Ultraschallwandler befestigt ist, vorgesehen.
Ein zweiter Ultraschallwandler (in Fig. 2 nicht gezeigt) kann, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, auf dieselbe Weise wie der erste Ultraschallwandler 5 abgestützt oder befestigt sein. Dieser zweite Ultraschallwandler ist so ausgerichtet, daß die Achse der von ihm abgestrahlten Ultraschallenergie radial nach außen gerichtet ist, und dient zum Zentrieren des Fühlers innerhalb des zu untersuchenden Loches unter Verwendung des im folgenden beschriebenen Untersuchungsverfahrens.
Der vorbestimmte Abstand oder die vorbestimmte Versetzung "a" wird unter Verwendung des folgenden Ausdruckes berechnet:
a = {§) x (^) x sin θ (1)
wobei "a" der vorbestimmte Abstand, "D" der Durchmesser des Loches in dem zu untersuchenden Objekt, "V1" die Längsgeschwindigkeit von Schall in Wasser, "V2" die Untersuchungsmodusgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Objekt und "0" der gewünschte Brechungs- oder Untersuchungsmoduswinkel ist. '^ --- -
Die Bestimmung des gewünschten Brechungs- oder Untersuchungsmoduswinkels "Θ" ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Die Ültraschallabstrahlungsachse 21 trifft in einem Punkt 18 auf die Innenwand 19 eines Loches, das untersucht wird. Eine Tangente 16 wird durch den Auftreffpunkt 18 gezogen. Eine Normale 17 zu der Tangente wird durch den Auftreffpunkt 18 und durch den Mittelpunkt 20 des untersuchten Loches gezogen. Der Winkel "Θ" wird zwischen der Normalen 17 und der Achse 15 der gebrochenen Ultraschallenergie gemessen.
Die Untersuchungsmodusgeschwindigkeit "V2" in dem zu untersuchenden Objekt ist von dem Material abhängig, das untersucht wird, und kann dem Standard Handbook for Mechanical Engineers, 7. Auflage, McGraw-Hill Book Company, 1967, S. 12-177, und den darin zitierten Literaturstellen entnommen werden.
Gemäß den .Fig. 2 und 3 bestimmt der Abstand "a", um den der Ültraschallwandler 5 gegen die Mittelachse d-d der Welle 2 versetzt ist, den Einfallswinkel "α" der Achse der Ultraschallenergieabstrahlung an der Oberfläche der untersuchten Lochwand 19 bei einem Loch gegebenen Durchmessers. Deshalb bestimmt die Versetzung "a" den gewünschten Brechungs- oder Untersuchungsmoduswinkel "Θ" für ein Loch gegebenen Durchmessers. Bekanntlich bestimmt der gewünschte Brechungswinkel "Θ"-den Sehalluntersuchungsmodus, nämlich den Scherwellen-, Longitudinalwellen- oder Oberflächenwellenmodüs, für den ein bestimmter Fühler für Untersuchungszwecke vorgesehen ist.
Für ein Loch gegebenen Durchmessers können daher mehrere Fühler, die unterschiedliche Werte der Versetzung "a" haben, vor der Untersuchung hergestellt werden, und der Fühler, der den geeigneten Brechungswinkel für den gewünschten Untersuchungsmodus ergibt, kann im Zeitpunkt der Untersuchung ausgewählt werden.
In Vorbereitung auf die Ultraschallumfangsuntersuchung der Innenwände von zylindrischen Schraubenlöchern oder Bohrungen auf Anomalien auf und/oder unter der Oberfläche eines Objekts, die begreiflicherweise Defekte in dem Objekt darstellen können, wird das zu untersuchende Loch mit einem Ultraschallkopplungsmedium, wie beispielsweise Wasser, gefüllt. Der langgestreckte Schaft 2 wird in das zu untersuchende Loch eingeführt, so daß die Strahlungsachse des Ultraschallwandlers 5 die Wand des zu untersuchenden Loches schneidet. Während der Untersuchung wird der Fühler gedreht, und nach jeder vollständigen Umdrehung wird der Fühler um eine vorbestimmte Strecke in der Längsachse des Loches axial verschoben.
Der Außendurchmesser des langgestreckten Schaftes 2 wird vorzugsweise etwas kleiner als der Innendurchmesser des zu untersuchenden Loches hergestellt. Der kleinere Durchmesser des Schaftes hilft verhindern, daß er in dem Loch während der Drehung und Verschiebung des Fühlers während der Untersuchung klemmt. Der etwas kleinere Durchmesser des Schaftes zentriert außerdem den Fühler in dem Loch ohne die Verwendung irgendeines zusätzlichen Zentriermittels oder -Verfahrens, was dazu dient, den richtigen Einfallswinkel der Strah-lungsachse der ausgesendeten Ultraschallenergie auf der Oberfläche der Lochwand, die untersucht wird, und somit den gewünschten Brechungswinkel "Θ" aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Schaftes 2 nicht mehr als etwa 0,13 mm (0.005 inches) kleiner als der Durchmesser des Loches, das untersucht wird.
Nachdem der langgestreckte Schaft 2 in das zu untersuchende Loch, das mit Wasser gefüllt worden ist, eingeführt worden ist, wird der Ultraschallwandler 5 elektrisch angeregt, um ültraschallenergieimpulse zu erzeugen, die auf die Innenoberfläche des Loches gerichtet werden, das auf an der Oberfläche und unter der Oberfläche gelegene Anomalien untersucht werden soll. An jeder Diskontinuität oder Anomalie, wie beispielsweise einem Riß oder Hohlraum, und an jeder Materialgrenzfläche wird ein Teil der einfallenden Ultraschallenergie zurück auf den Ultraschallwandler 5 reflektiert, der die empfangene reflektierte Energie in elektrische Impulse umwandelt. Das bekannte Mustererkennungsverfahren wird auf die empfangenen elektrischen Impulse angewandt,um diese auf das mögliche Vorhandensein von Anomalien hin auszuwerten.
Der Vorstehend beschriebene Fühler 1 ist zwar in der Größe bezüglich des maximalen Durchmessers des Loches, das mit ihm untersucht werden kann, nicht begrenzt, er ist jedoch zum Untersuchen von Löchern mit Durchmessern bis zu etwa 38 mm (1.5 inches) besonders brauchbar.
Ein (teilweise gezeigter) innerer Längsdurchlaß erstreckt sich über die Länge des Schaftes 2 von dem Ultraschallwandler 5 zu dem elektrischen Anschluß 3, und wenigstens eine elektrische Leitung führt innerhalb des Durchlasses von dem Ultraschallwandler zu dem elektrischen Anschluß . Für jeden Wandler ist nur eine Leitung erforderlich, wenn der Schaft aus einem elektrisch leitenden Material besteht und als gemeinsame elektrische Masse benutzt wird.
Fig. 4 zeigt .eine Modifizierung der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schaft 2 zwei Ultraschallwandler 5a und 5b aufweist, die im Grund der Aussparung 4 befestigt sind. Die seitliche Aussparung 4 ist vor-
zugsweise ein seitlicher Ausschnitt mit einer ebenen Grundfläche 7, die vorzugsweise parallel/ aber nicht notwendigerweise koplanar zu der Längsachse des Schaftes 2 ist. Darüber hinaus ist die Tiefe des seitlichen Ausschnittes 4 für die Erfindung unkritisch. Die Ultraschallwandler 5a und 5b sind vorzugsweise im Grund der seitlichen Aussparung 4 in einem vorbestimmten Abstand oder mit einer vorbestimmten Versetzung "e" bzw. "f" von einer Mittelachse d-d des Schaftes 2 angeordnet. Die vorbestimmten Abstände "e" und "f" werden zwischen den Achsen der Ultraschallenergieabs'trahlung von den Wandlern 5a bzw. 5b und der Längsachse des Schaftes auf einer Linie gemessen, die zu der Längsachse des Schaftes und der betreffenden Achse der ültraschallenergieabstrahlung rechtwinkelig ist.
Eine seitliche Aussparung oder ein seitlicher Ausschnitt ist, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, für die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der Erfindung nicht wesentlich, weil die Ultraschallwandler durch den Schaft abgestützt oder in dessen Seite befestigt sein können. Die Ultraschallwandler 5a und 5b werden ungeachtet dessen, wo sie befestigt oder abgestützt sind, so ausgerichtet, daß die Achsen der von ihnen abgestrahlten Ultraschallenergie nach außen in einer Ebene, die zu der Längsachse des Schaftes 2 rechtwinkelig ist, gerichtet sind. Vorzugsweise sind die Achsen der Ültraschallenergieabstrahlung von den Wandlern parallel, und die Richtungen der von ihnen abgestrahlten Ultraschallenergie sind dieselben. Herkömmliche Linsen 6a und 6b sind vorgesehen, um die Ultraschallwandler 5a bzw. 5b zu schützen und die Aussparung zu verschließen, in der die Ultraschallwandler befestigt sind.
Die vorbestimmten Abstände oder Versetzungen "e" und "f" werden gemäß der Gleichung (1) berechnet, die oben für den vorbestimmten Abstand "a" des Ultraschallwandlers 5 angegeben
worden ist, wobei die Versetzungen "e" oder "f" für die Ultraschallwandler 5a bzw. 5b in die Gleichung anstelle von "a" eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun die Arbeitsweise des Ultraschallfühlers beschrieben. Während der Untersuchung der Innenwände eines Loches wird nur der erste Ultraschallwandler 5a elektrisch angeregt, um Ultraschallenergieimpulse zu erzeugen. Das Loch wird auf die oben beschriebene Weise untersucht. Nachdem der .Ultraschallfühler über die Länge des zu untersuchenden Loches verschoben worden ist, wird die Richtung der Verschiebung des Ultraschallfühlers umgekehrt und nur der zweite Ultraschallwandler 5b wird elektrisch angeregt, um Ultraschallenergieimpulse zu erzeugen.·Der zweite Ultraschallwandler wird also benutzt, um dieselbe Innenoberfläche des Loches wie der erste Ultraschallwandler zu untersuchen. Aufgrund der unterschiedlichen Versetzungsrichtung der Ultraschallwandler 5a und 5b von der Mittelachse d-d des Fühlers wird jedoch der von jedem Wandler abgestrahlte Ultraschall einen bestimmten Punkt in einem Objekt aus einer anderen Richtung beaufschlagen. Die akustischen Eigenschaften von gewissen Anomalien erzeugen unterschiedliche reflek-tierte Ultraschallenergiemuster in Abhängigkeit von dem Winkel der Ultraschalluntersuchung. Demgemäß stellt die Verwendung von zwei Ultraschallwandlern 5a und 5b in ein und demselben Fühler eine effektive und effiziente Einrichtung für diese Doppeluntersüchungstechnik dar.
Gemäß Fig. 5 enthält eine weitere Ausführungsform eines Ultraschallfühlers 25 nach derErfindung einen Schaft 26 mit einem Querfortsatz 27, einen elektrischen Anschluß 28, einen ersten Ultraschallwandler 29, der in dem Querfortsatz befestigt ist, und einen zweiten Ultraschallwandler 30, der in der Längsachse des Schaftes 26 befestigt ist. Der zweite Ultraschallwandler 30 dient zum Zentrieren des Fühlers 25
in dem Loch, das untersucht wird, und ist, obgleich seine Verwendung vorzuziehen ist, für das richtige Arbeiten dieser Ausführungsform der Erfindung nicht wesentlich.
Der zweite Ultraschallwandler 30 ist so ausgerichtet, daß die Achse der von ihm abgestrahlten Ultraschallenergie radial nach außen gerichtet ist. Im Betrieb werden, wenn das zu untersuchende Loch mit einem Schallkopplungsmedium, wie beispielsweise Wasser, gefüllt ist, die Längsachse des Schaftes 26 und die Längsachse des zu untersuchenden Loches mechanisch aufeinander ausgerichtet, so daß sie parallel zueinander sind. Der Fühler 25 wird dann in dem zu untersuchenden Loch angeordnet, so daß die Achse der Ultraschallenergieabstrahlung von dem zweiten Ultraschallwandler 30 die Innenwand des Loches schneidet. Der zweite Ultraschallwandler 30 wird dann elektrisch angeregt, um Ultraschallenergie zu erzeugen. Ein Teil der Ultraschallenergie, die an der Grenzfläche des Wassers und der Innenwand des untersuchten Loches reflektiert wird, wird durch den zweiten Ültraschallwandler 30 empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Die Amplitude dieser elektrischen Signale wird überwacht, und der Fühler 25 wird so positioniert, daß sich die maximale Amplitude dieser Signale ergibt. Das Erreichen der maximalen Amplitude dieser Signale zeigt an, daß der Fühler innerhalb des zu untersuchenden Loches zentriert ist.
Der erste Ultraschallwandler 29 ist in einem vorbestimmten Abstand oder mit einer vorbestimmten Versetzung "a" von der Längsachse des Schaftes 26 befestigt. Diese Versetzung ist der Versetzung analog, die für die oben beschriebene erste Ausführungsform des Ultraschallfühlers 1 bestimmt worden ist, und wird gemäß demselben Ausdruck (1) bestimmt. Die obige Beschreibung, die die Beziehung zwischen der Versetzung "a" und dem gewünschten Brechungswinkel "Θ" angegeben hat, gilt auch für die hier beschriebene Ausfuhrungsform. Der erste
Ultraschallwandler 29 ist so ausgerichtet, daß die Achse seiner Ultraschallenergieabstrahlung parallel zu einer Linie gerichtet ist, die durch den Schnitt von Ebenen gebildet wird, welche zu den Längsachsen des Schaftes 26 und des Querfortsatzes 27 rechtwinkelig sind.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Ultraschallwandler 29 bzw. 30 herkömmliche fokussierte Kristalle, die eine gemeinsame Brennweite haben und in einer gemeinsamen Ebene befestigt sind, die zu der Längsachse des Schaftes 26 rechtwinkelig ist. Gemäß Fig. 6 sind herkömmliche Linsen 31 und 32 vorgesehen, um die Ultraschallwandler 29 bzw. 30 zu schützen und die Aussparungen zu verschließen, in denen die Ultraschallwandler befestigt sind.
Der Brennpunkt wird so gewählt, daß die Brennweite oder der Brennpunktsabstand des zweiten Ultraschallwandlers 30 gleich dem Abstand zwischen der Wand des untersuchten Loches und dem zweiten Ultraschallwandler ist.
Wenn die Ultraschailwandler fokussierte Kristalle sind, die eine gemeinsame Brennweite haben, ist es notwendig, die Schallweglänge des ersten Ultraschallwandlers so einzustellen, daß eine konstante Schallweglänge von dem ersten Ultraschallwandler zu der Wand des untersuchten Loches aufrechterhalten wird, um sicherzustellen, daß sich der Brennpunkt des ersten Ultraschallwandlers auf der Wand des untersuchten Loches befindet. Gemäß Fig. 6 besteht eine Möglichkeit dieser Einstellung darin, eine quer versetzte Fläche 33 an dem Querfortsatz 27 des Schaftes vorzusehen. In der Anordnung von Fig. 6 ist der erste Ultraschallwandler 29 außerdem so ausgerichtet, daß die Achse seiner Ultraschallenergieabstrahlung entgegengesetzt zu der Versetzungsrichtung gerichtet ist. Die Querversetzungsstrecke "b" wird durch folgenden Ausdruck bestimmt:
wobei "b" die Versetzungsstrecke, "D" der Durchmesser des zu untersuchenden Loches und "a" die durch die Gleichung (1) bestimmte Versetzung ist.
Der Ultraschallfühler 25 enthält eine Nut oder einen geeigneten Durchlaß (teilweise gezeigt), worin elektrische Leitungen laufen. An jeden Ultraschallwandler ist wenigstens eine elektrische Leitung angeschlossen, die von dem Wandler zu dem elektrischen Anschluß 28 läuft. Nur eine Leitung wird für jeden Wandler benötigt, wenn der Schaft aus einem elektrisch leitenden Material ist und als gemeinsame elektrische Masse benutzt wird.
Die Erfindung ist allgemein bei der.Ultraschalluntersuchung anwendbar, die nach verschiedenen Verfahren durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Erfindung in Verbindung mit der Oberflächenwellemintersuchung, der Längswellenuntersuchung und der ScherwAllenuntersuchung benutzt werden. Bekanntlich erfordert jeder Untersuchungsmodus, daß der versetzte Untersuchungswandler auf vorbestimmte Weise gemäß der oben erläuterten Ausdrücken (1) und (2) positioniert wird. Weiter beschränkt sich die Erfindung nicht auf Verwendungszwecke, bei denen zylindrische Aussparungen, wie Schraubenlöcher und Bohrungen, untersucht werden. Vielmehr ist die Erfindung allgemein bei der Untersuchung von anderen Aussparungen, wie eiförmigen, dreieckigen und anderen herkömmlichen Aussparungskonfigurationen, einsetzbar.

Claims (15)

Ansprüche
1.) Ultraschallfühler zum zerstörungsfreien Erkennen von Anomalien auf und/oder unter der Oberfläche eines Objekts durch Beaufschlagen des Objekts mit Ultraschallenergie, gekennzeichnet durch:
a) einen langgestreckten Schaft (2, 26) mit einer Längsachse (d-d) und
b) einen Ultraschallwandler (5, 5a, 29), der durch den Schaft (2, 26) in einem vorbestimmten Abstand (a, e) von der Längsachse (d-d) des Schaftes angeordnet und so ausgerichtet ist, daß die Achse (21) seiner Ultraschallenergieabstrahlung nach außen in einer zu der Längsachse des Schaftes rechtwinkeligen Ebene gerichtet ist.
2. Ultraschallfühler nach Anspruch T, gekennzeichnet durch einen zweiten Ultraschallwandler (5b, 30), der durch den Schaft (2, 26) abgestützt und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner Ultraschallenergieabstrahlung radial nach außen gerichtet ist.
3. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (5, 5a) in einer Seite des Schaftes (2) befestigt ist.
4. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) eine seitliche Aussparung (4) aufweist und daß der Ultraschallwandler (5, 5a) in der Aussparung befestigt ist.
5. Ultraschallwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (4) ein seitlicher Ausschnitt ist, der eine ebene Grundfläche (7) hat, die zu der Längsachse (d-d) des Schaftes (2) parallel ist, und daß der Ultraschallwandler (5, 5a) in der Grundfläche befestigt ist.
6. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2, 26) einen Durchlaß aufweist, der sich in Längsrichtung durch ihn erstreckt, und daß an dem Wandler (5, 5a, 30) wenigstens eine elektrische Leitung befestigt ist, die sich durch den Durchlaß erstreckt.
7. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Ultraschallwandler (5b), der durch den Schaft (2) in einem vorbestimmten Abstand von der Längsachse (d-d) des Schaftes gehalten und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner Ultraschallenergieabstrahlung nach außen in einer zu der Längsachse des Schaftes rechtwinkeligen Ebene und parallel zu der Achse der Abstrahlung des ersten Ultraschallwandlers (5a) und außerdem so gerichtet ist, daß die Richtung der Ultraschallenergieabstrahlung von dem ersten und dem zweiten Wandler dieselbe ist.
8. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (29) in einem seitlichen Fortsatz (27) des Schaftes (26) befestigt ist.
9. Ultraschallfühler nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten ültraschallwandler (30), der an dem Schaft (26) in der Längsachse (d-d) desselben befestigt und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner ültraschallenergieabstrahlunq radial nach außen gerichtet ist.
10. Ultraschallfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide ültraschallwandler(29, 30) fokussierte Ultraschallkristalle sind, die eine gemeinsame Brennweite haben und in einer gemeinsamen Ebene befestigt sind, welche zu der Längsachse (d-d) des Schaftes (26) rechtwinkelig ist.
11. Ultraschallfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Fortsatz (27) eine quer versetzte Fläche (33) aufweist, auf der der Ültraschallwandler (29) befestigt und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner Ultraschallenergieabstrahlung entgegengesetzt zu der Versetzungsrichtung und in einer zu der Längsachse (d-d) des Schaftes (26) rechtwinkeligen Ebene gerichtet ist.
12. Ultraschallfühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die quer versetzte Fläche (33) in einem äußeren Endabschnitt des seitlichen Fortsatzes (27) angeordnet ist und daß die Versetzungsstrecke Ch) des äußeren Endabschnitts durch folgenden Ausdruck bestimmt ist:
wobei:
b = Versetzungsstrecke
D = Durchmesser des zu untersuchenden Loches a = vorbestimmter Abstand.
13. Ultraschallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand (a) des Wandlers (5, 29)
von der Längsachse (d-d) des Schaftes (2, 26) durch folgende Formel bestimmt ist:
a = {§) χ (^) χ sin θ
wobei: .
a = vorbestimmter Abstand
D = Durchmesser des zu untersuchenden Loches V1 = Längsgeschwindigkeit von Schall in Wasser V2 = Untersuchungsmodusgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Objekt
θ = gewünschter Ultraschallbrechungswinkel. .
14. Ultraschallfühler zum zerstörungsfreien Erkennen von Anomalien auf und/oder unter der Oberfläche eines Objekts durch Beaufschlagen des Objekts mit Ultraschallenergie, gekennzeichnet durch:
a) einen langgestreckten Schaft (2), der einen seitlichen Ausschnitt (4) mit einer ebenen Grundfläche (7) parallel zu der Längsachse (d-d) des Schaftes und einen inneren Längsdurchlaß hat, der sich über seine Länge erstreckt,
b) einen Ultraschallwandler (5), der in der ebenen Grundfläche (7) in einem vorbestimmten Abstand (a) von der Längsachse (d-d) des Schaftes befestigt ist, wobei der vorbestimmte Abstand durch folgenden Ausdruck bestimmt ist:
a = [ψ χ (~) χ sin θ
wöbe i
a = vorbestimmter Abstand
D = Durchmesser des zu untersuchenden Loches V1 = Längsgeschwindigkeit von Schall in Wasser V2 = Unters.uchungsmodusgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Objekt
0 = gewünschter Ultraschallbrechungswinkel,
c) wobei der Wandler (5) so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner ültraschallenergieabstrahlung in einer zu der Längsachse des Schaftes rechtwinkeligen Ebene nach außen gerichtet ist, und
d) wenigstens eine elektrische Leitung, die mit dem Ultraschallwandler (5) verbunden und innerhalb des Durchlasses angeordnet ist.
15. Ultraschallfühler zum zerstörungsfreien Erkennen von Anomalien auf und/oder unter der Oberfläche eines Objekts durch Beaufschlagen des Objekts mit Ultraschallenergie, gekennzeichnet durch:
a)'einen langgestreckten Schaft (26), der einen seitlichen • Fortsatz (27) und eine Längsnut hat, die sich über seine Länge erstreckt,
b) einen ersten Ultraschall.wandler (30), der an dem Schaft (26) in dessen Längsachse (d-d) befestigt und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner Ültraschallenergieabstrahlung radial nach außen gerichtet ist,
c) wobei der seitliche Fortsatz (27) einen quer versetzten äußeren Endabschnitt hat und wobei die Versetzungsstrecke (b) des äußeren Endabschnitts durch folgenden Ausdruck bestimmt ist:
wobei:
b = Versetzungsstrecke
D = Durchmesser eines zu untersuchenden Loches a = vorbestimmter Abstand,
d) einen zweiten Ultraschallwandler (29), der an dem seitlichen Fortsatz (27) befestigt und so ausgerichtet ist, daß die Achse seiner Ültraschallenergieabstrahlung entgegengesetzt zu der Richtung der Versetzung und parallel . zu einer Linie gerichtet ist, die durch den Schnitt von
zwei Ebenen gebildet wird, welche sich rechtwinkelig zu der Längsachse des Schaftes bzw. des seitlichen Fortsatzes erstrecken, und
e) wobei der erste und der zweite ültraschallwändler (29, 30) fokussierte Kristalle sind, die eine gemeinsame Brennweite haben und in einer gemeinsamen Ebene befestigt sind, welche sich rechtwinkelig zu der Längsachse des Schaftes erstreckt.
DE19823205574 1981-02-20 1982-02-17 Ultraschallfuehler Withdrawn DE3205574A1 (de)

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US06/236,086 US4388831A (en) 1981-02-20 1981-02-20 Ultrasonic probe for nondestructive inspection

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