DE3210173A1

DE3210173A1 - Pruefkopfhaltevorrichtung mit mindestens einem ultraschallpruefkopf

Info

Publication number: DE3210173A1
Application number: DE19823210173
Authority: DE
Inventors: Werner 5024 Pulheim Günther; Hans-Eckard 5030 Hürth Lentz
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1983-09-29
Also published as: GB2116806A; JPS58169057A

Description

Krautkrämer GmbH 18.03.1982

Luxemburger Str. 449 P/Cl

5000 Köln 41 K-160

PRÜFKOPFHALTEVORRICHTUNG MIT MINDESTENS EINEM ULTRASCHALLPRÜFKOPF

Die Erfindung betrifft eine Prüfkopfhaltevorrichtung mit mindestens einem Ultraschallprüfkopf, bei der die jeweilige Schal!übertragung von einem piezoelektrischen Wandler des Prüfkopfes auf das zu prüfende Werkstück über einen Flüssigkeitsstrahl erfolgt, der aus einer öffnung in einer der Oberfläche des Prüfstücks gegenüberliegenden Wand der Prüfkopf haltevorrichtung austritt und daß eine von dieser Wand begrenzte, von dem Flüssigkeitsstrahl durchströmte Hauptkammer, und mindestens eine mit dieser Hauptkammer durch eine öffnung verbundene der Strömungsberuhigung dienende Vorkammer vorgesehen sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung derartige Haltevorrichtungen zur Fehlerprüfung an dünnen Blechen.

Eine derartige Prüfkopfhaltevorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 1 287 817 bekannt. Diese bekannten Prüfkopfhaltevorrichtungen haben den Nachteil, daß zur Ankoppelung der Ultraschallwellen an das zu prüfende Werkstück eine relativ hohe Wassermenge erforderlich ist. Denn die Hauptkammer weist an allen Stellen einen Durchmesser auf, der wesentlich größer ist als der Durchmesser des piezoelektrischen Wandlers. Durch diese Maßnahme soll vermieden werden, daß es zu störenden Reflektionen durch die Kammerwände kommen kann, die dann eine Verformung des Schallbündels bewirken würde. Damit der Wasserverbrauch nicht zu groß wird, enthalten die bekannten Prüfkopfhaltevorrichtungen regelmäßig nur einen einzigen Ultraschall prüfkopf. Dadurch ergibt sich aber der weitere Nachteil, daß der jeweils mit einer Haltevorrichtung prüfbare Material bereich relativ schmal ist. Besonders bei dünnen Blechen, die sehr genau geprüft werden müssen (beispielsweise Bleche zum Bau von

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Flugzeugen), sind eine große Anzahl von derartigen bekannten Haltevorrichtungen erforderlich, um gleichzeitig einen möglichst großen Materialbereich zu prüfen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangserwähnten Art anzugeben, bei der ohne Schall bündelbeeinflussung und ohne störende Reflektionen eine gegenüber bekannten Vorrichtungen geringere Menge an Ankoppelflüssigkeit verwendet werden kann, und zwar selbst dann, wenn in einer Prüfkopfhaltevorrichtung mehrere Prüfköpfe angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht also einerseits auf dem Gedanken, daß durch die Form der Hauptkammer, die dem Schallbündel des jeweils verwendeten Wandlers angepaßt ist, eine geringere Menge an Ankoppelflüssigkeit erforderlich ist. Andererseits werden durch die Verwendung von geeignetem Material des Vorsatzkörpers störende Reflektionen vermieden.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung mehrerer Prüfköpfe, wobei der die Prüfköpfe haltendende Befestigungskörper und der die Hauptkammer und Vorkammern aufweisende Vorsatzkörper drehbar in einer Haltevorrichtung angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, den jeweiligen Prüfspurabstand genau einzustellen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der neuen Prüfkopfhaltevorrichtung werden im folgenden mit Hilfe von Figuren anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Prüfkopfhaltevorrichtung;

Fig. 2 die Draufsicht auf die Haltevorrichtung nach Fig. 1:

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Fig. 3 a und

Fig. 3 b ein Dimensionierungsbeispiel zur Bestimmung der Form der Hauptkammer;

Fig. 4 und

Fig. 5 die Draufsichten auf eine zweite Prüfkopfhaltevorrichtung;

Fig. 6 einen Schnitt durch die Haltevorrichtung nach Fig. 4; und

Fig. 7 die Draufsicht auf den Vorsatzkörper der Haltevorrichtung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist mit 1 die erfindungsgemäße Prüfkopfhaltevorrichtung, die den Prüfkopf 2 enthält und mit 3 das zu prüfende Werkstück bezeichnet.

Die Prüfkopfhaltevorrichtung 1 besteht aus einem Befestigungskörper 10, in dem der Prüfkopf 2 befestigt ist, sowie einem austauschbaren Vorsatzkörper 11, in dem sich sowohl die Vorkammern 110 und 111 als auch die Hauptkammer 120 befinden. Die Vorkammern 110 und 111 sind über Kanäle 130, 131, mit der Hauptkammer 120 verbunden.

Zur Bewegung der Prüfkopfhaltevorrichtung 1 über das zu prüfende Werkstück 3 sind drei Räder 140, 141 und 142 (vgl. auch Fig. 2) vorgesehen. Der Vorsatzkörper 11 ist an dem Befestigungskörper 10 beispielsweise mit Hilfe der in Fig. 2 mit 6 bezeichneten Schrauben befestigt.

Der Befestigungskörper 10 weist zwei Bohrungen 101 und 102 auf, über die die mit den Pfeilen 4 angedeutete Koppelflüssigkeit in die Vorkammern 110 und 111 gelangen. Durch diese Vorkammern vermindert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers, so daß das in die Hauptkammer 120 über die Kanäle 130, 131 einströmende Wasser weitgehend frei von Wirbelströmungen ist. Das Wasser tritt durch die Schallaustrittsöffnung 5 wieder aus und breitet sich in einem dünnen Film, zwischen der Unterseite 150 des Vorsatzkörpers 11 und dem zu prüfenden Werkstück 3, nach allen Richtungen gleichmäßig aus.

Der Prüfkopf 2 besteht im wesentlichen aus einem akustischen Wandler 20. über die Verbindungsleitung 21 ist der Wandler 20 mit dem nicht dargestellten Ultraschallprüfgerät verbunden.

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Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem zu prüfenden Werkstück um zwei miteinander verklebte Bleche 300 und 301. Geprüft werden sollen diejenigen Bereiche, in denen die Bleche nicht oder nur unzulänglich verklebt sind. Ein derartiger Bereich wurde in Fig. 1 mit 302 bezeichnet. Eine auf diesen Bereich auftretende Ultraschallwelle wird reflektiert, da der Schallwellenwiderstand des Bleches 300 von demjenigen der Luft wesentlich verschieden ist. Das entsprechende Echosignal gelangt dann an den Wandler 20, wird in einen entsprechenden elektrischen Impuls umgewandelt, und über die Leitung 21, dem nicht dargestellten Ultraschallprüfgerät zugeführt. Verfahren zur Prüfung verklebter Teile sind an sich beispielsweise aus dem Buch von J. und H. Krautkrämer, "Werkstoffprüfung mit Ultraschall", 3. neubearbeitete Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1975, Seite 512 ff, bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.

Fig. 3 a und 3 b zeigen Dimensionierungsbeispieie für die Gestaltung der Wandform, der Hauptkammer 120 (Fig. 1). Zweckmäßigerweise soll die Form der Kammerwand der Form der Schallbündelgrenze für einen bestimmten vorgegebenen Amplitudenabfall angepaßt sein.

Fig. 3 a zeigt für einen kreisförmigen Wandler 20 die Schallbündelgrenze, für eine 20-dB-Echoabnahme (d.h., der Amplitudenabfall gegenüber der akustischen Achse A beträgt 20-dB). Mit "H" ist die Nahfeldlänge (d.h., der Abstand zwischen Wandler und dem Bereich maximaler Fokussierung) bezeichnet. Das Nahfeld weist zunächst eine Bündel breite von etwa Wandlerdurchmesser auf, schnürt sich aber bis zum Nahfeldende auf den halben Wandlerdurchmesser zusammen.

Da die Prüfempfindlichkeit im Bereich maximaler Fokussierung besonders groß ist, wird insbesondere zur Prüfung dünner Bleche die Prüfkopfvorlaufstrecke und damit die Breite B des Vorsatzkörpers 11 so gewählt, daß der Bereich maximaler Fokussierung etwa in der Schallaustrittsöffnung 5 und damit in der Nähe der zu ermittelnden Fehler liegt. Durch diese Maßnahme wird außerdem erreicht, daß die Schallaustrittsöffnung 5 einen Durchmesser d besitzen kann, der ungefähr * ist.

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Fig. 3 b zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel. Der Wandler 20 besitzt einen effektiven Durchmesser von 5 mm. Die Nahfeldlänge und damit die Breite B des Vorsatzkörpers 11 beträgt etwa 25 mm, bei einer Frequenz von 10 MHz.

Für die Form der Hauptkammer 120 kann statt der 20-dB-Schallbündel grenze auch eine andere übliche Schallbündelgrenze (z.B. 3- oder 6-dB) verwendet werden. Dieses hat zwar den Nachteil, daß bei gleichem Wandler 20 die Schallintensität in der Schallaustrittsöffnung 5 geringer wird, dafür ist aber auch die zur Ankopplung erforderliche FTüssigkeitsmenge geringer, weil in diesem Fall der Durchmesser d -^ * sein kann.

Wie sich gezeigt hat, verursachen die Hauptkammerwände auch bei der Wahl einer 3- oder 6-dB-Schallbündel grenze keine störenden Reflektionen, sofern der Vorsatzkörper 11 aus Plexiglas oder einem anderen festen Material mit ähnlichem Schallwellenwiderstand, wie demjenigen der Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser) besteht. Besonders gut haben sich außer Plexiglas auch Lekutherm aber auch Araldit und Polyethylen bewährt.

In den Figuren 4 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfkopfhalterung 400 mit zwei Prüfköpfen dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf diese Halterung, die über das zu prüfende Blech 3 bewegt werden kann. Mit 401 ist der Befestigungskörper bezeichnet, der die beiden Prüfköpfe 402 und 403 umschließt. Durch die Bohrungen 404 und 405 gelangt die Ankoppelflüssigkeit über die mit 416 und 417 bezeichneten Vorkammern (Fig. 6) in die Hauptkammern 412 und 413.

Der die Vorkammern 416,417 und Hauptkammer 412,413 enthaltende Vorsatzkörper ist mit 410 gekennzeichnet. Der Befestigungskörper 401 und der Vorsatzkörper 410 sind miteinander - beispielsweise mit Schrauben - fest verbunden und in einem Halterahmen 411 drehbar angeordnet. Damit ist es möglich, den Abstand zwischen den Prüfspuren auf dem zu prüfenden Blech genau einzustellen. In Fig. 4 ist der maximale Prüfspurenabstand dargestellt. Die Prüfspuren sind mit 406 und 407 bezeichnet. Fig. 5 zeigt die durch Drehung des Befestigungskörpers 401 bewirkte Änderung des Prüfspurenstandes. Die Prüfspuren sind jetzt mit 408 und 409 gekennzeichnet.

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Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf den Vorsatzkörper 410. Die strichlierten Teile des Vorsatzkörpers sind leichte Erhebungen, so daß die mit 418 bezeichnete Koppel flüssigkeit von den Vorkammern über die öffnungen 414 und 415 in den Hauptkammern 412 und 413 gelangen kann.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr kann die Zahl der verwendeten Prüfköpfe pro Halterung wesentlich größer als zwei sein. Je nach Anordnung und Zahl der Vorkammern, müssen dann entsprechende Kanäle zu den Hauptkammern geführt werden. So wurden bei einem praktischen Ausführungsbeispiel in einer Prüfkopfhaltevorrichtung fünf Prüfköpfe verwendet.

Lee rseite

Claims

Krautkrämer GmbH ' " * ' 18.03.1982 Luxemburger Str. 466 P/Cl Köln 41 K-160 Patentansprüche

1. Prüfkopfhaltevorrichtung mit mindestens einem Ultraschallprüfkopf, bei der die jeweilige Schall übertragung von dem piezoelektrischen Wandler des Prüfkopfes auf das zu prüfende Werkstück über einen Flüssigkeitsstrahl erfolgt, der aus einer öffnung in einer der Oberfläche des Prüfstückes gegenüberliegenden Wand der Prüfkopfhaltevorrichtung austritt, und daß eine von dieser Wand begrenzte, von dem Flüssigkeitsstrahl durchströmte Hauptkammer, und mindestens eine mit dieser Hauptkammer durch eine öffnung verbundene der Strömungsberuhigung dienende Vorkammer vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet,

- daß jedem Ultraschall prüfkopf (2; 402,403) eine separate Hauptkammer (120; 412,413) zugeordnet ist;

- daß sich die Vorkammern (110,111; 416,417) und die Hauptkammern (120; 412,413) in einem auswechselbaren Vorsatzkörper (11;410) befinden;

- daß der Vorsatzkörper (11; 410) aus einem Material besteht, dessen Schal!wellenwiderstand Zv etwa gleich dem Schallwellenwiderstand Zk der Koppelflüssigkeit (4; 418) ist; und

- daß die seitliche Begrenzung der Hauptkammern (120; 412,413) der Schall bündel form der piezoelektrischen Wandler (20) angepaßt ist.

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2. Prüfkopfhaltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß als Koppelflüssigkeit Wasser verwendet wird und

- daß der Vorsatzkörper (11; 410) aus Plexiglas oder Lekutherm besteht.

3. Prüfkopfhaltevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Hauptkammern (120; 412,413) jeweils die Form eines Kegelstumpfes besitzen, dessen größter Durchmesser (D) sich jeweils am wandlerseitigen Ende der Kammer befindet, und daß D^F ist, wobei F der Durchmesser des Wandlers (20 bedeutet;

- daß die Breite (B) des Vorsatzkörpers (110; 410) gleich der Nahfei dl änge (H) des jeweiligen piezoelektrischen Wandlers (20) ist; und

- daß für den Durchmesser (d) der Schallaustrittsöffnung gilt: d ^ s .

4. Prüfkopfhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß sowohl der die Prüfköpfe (402, 403) haltende Befestigungskörper (401) als auch der mit dem Befestigungskörper verbundene Vorsatzkörper (410) drehbar in einem Halterahmen (411) angeordnet sind.

5. Verwendung der Prüfkopfhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Fehlerprüfung dünner Bleche, insbesonders zur Prüfung von Bindungsfehlern mit einander verklebter Bleche (3) .