DE3688963T2

DE3688963T2 - Ultraschallprüfungsverfahren und Vorrichtung.

Info

Publication number: DE3688963T2
Application number: DE86114349T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hayakawa; Chishio Koshimizu; Toshio Nonaka; Sakae Takeda
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2006-10-17
Also published as: DE3688963D1; EP0219128A3; JPS62174653A; EP0219128B1; EP0219128A2; JPH0718842B2; US4862383A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallprüfverfahren und eine Ultraschallvorrichtung zum Untersuchen des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von Defekten in einem Objekt, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
Die Anforderungen für eine genaue und einfache Untersuchung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von Abblätterungen bzw. abgeplatzten Stellen an einem Verbindungsabschnitt an der Schnittstelle zwischen Körpern und einem Hohlraum (Lunker) in einem Körper kommen aus vielen Bereichen der Technik. In letzter Zeit werden eine Vielzahl von elektronischen Teilen, wie IC-Bauteile und verschiedene Produkte mit elektronischen Teilen produziert und ein Abblättern an Verbindungsabschnitten und Hohlräumen in denselben beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit und die Funktion dieser Teile und Produkte stark.
Es ist ein Ultraschallprüfverfahren bekannt, bei dem ein zu untersuchendes Objekt in einen Flüssigkeitsbehälter (typischerweise ein Wasserbehälter) getaucht wird, wobei ein Ultraschallstrahl von einer auch in den Flüssigkeitsbehälter getauchten Sonde auf das Objekt emittiert wird. Ein reflektierter Strahl von einem Abschnitt des Objekts, z. B. einem Verbindungsabschnitt, wird erfaßt und in ein RF-Signal umgewandelt. Das RF-Signal wird auf einer Anzeigeeinheit dargestellt, so daß das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Defekts bestimmt werden kann.
Die JP-A-58-213248 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Schadstellen in einem Objekt. Durch die Beurteilung eines gegenseitigen Verhältnisses zwischen einem Ultraschallecho und einer Referenzultraschallwelle wird aus dem Betrag der positiven und negativen Nebenpeakwerte bestimmt, ob ein Defekt existiert oder nicht. Zum Abtasten (Scannen) des Objekts wird jede empfangene Welle des Ultraschallechos und der Referenzultraschallwelle sequentiell in dem Wellenformaufnahmespeicher gespeichert. Mit diesen gespeicherten Daten wird das gegenseitige Verhältnis berechnet, wobei ein positiver Spitzenwert anzeigt, ob ein Defekt in dem Objekt vorliegt. Ein negativer Spitzenwert wird zur Beurteilung verwendet, daß kein Defekt in dem Objekt vorliegt. Da es notwendig ist, alle Wellenformen des Ultraschallechos und der Referenzultraschallwelle in dem Wellenformaufnahmespeicher zu speichern, ist eine große Speicherkapazität notwendig. Daher ist die Verarbeitungszeit der Spitzenwerte relativ groß und der für die Vorrichtung erforderliche Raum steigt.
Zur Darstellung der RF-Signale auf einer Anzeigeeinheit sind zwei Verfahren bekannt. Ein Verfahren verwendet eine A-Scope-Anzeige, auf der Änderungen in der Amplitude einer RF-Signalwellenform auf der Ordinate eines Oszilloskops relativ zur Zeit dargestellt werden, die auf der Abszisse angezeigt wird. Das andere Verfahren verwendet eine C-Scope- Anzeige, bei der ein Maximalwert einem positiven Spitzenwert einer RF-Signalwellenform entspricht oder ein Maximum des Absolutwerts einem negativen Spitzenwert der RF- Signalwellenform. Diese Werte werden dadurch erhalten, daß eine Sonde ein zu untersuchendes Objekt vertikal und horizontal abtastet, wobei die Werte auf einer Gradationsanzeige eines TV-Monitors angezeigt werden, dessen Abszisse die Bewegung der Sonde in horizontaler Richtung (X) und dessen Ordinate die Bewegung in vertikaler Richtung (Y) darstellen.
Wenn ein zu untersuchendes Objekt einen Defekt aufweist, wie ein Abblättern eines Verbindungsabschnitts oder einen Hohlraum, wird ein Ultraschallstrahl an einer solchen Fehlerstelle ungefähr zu 100% reflektiert, wobei die Stärke (Amplitude) des reflektierten Strahls größer wird als die Stärke eines von einem Abschnitt ohne Defekt reflektierten Strahls. Die Phase eines reflektierten Strahls von einem Material mit einer großen akustischen Impedanz, der von einem Ultraschallstrahl herrührt, welcher in ein Material mit einer kleinen akustischen Impedanz (entspricht dem Produkt der Dichte des Materials und der Schallgeschwindigkeit) eingestrahlt wird, erfährt eine Inversion. Daher ist die Phase eines von einem Defekt, wie ein abgeblätterter Verbindungsabschnitt oder ein Hohlraum, reflektierten Strahls relativ zu der Phase eines von einem nichtdefekten Abschnitt reflektierten Strahls invertiert und die Phase des letzteren reflektierten Strahls ist positiv, wenn die Phase des vorhergehenden reflektierten Strahls negativ wird.
Üblicherweise fällt die Untersuchungsperson bei der Verwendung des Verfahrens mit der A-Scope-Anzeige eine empirische Entscheidung, unter Verwendung der oben erwähnten Doppelnatur des Ultraschallstrahls als Beurteilungsindex. In dem Verfahren, das die C-Scope-Anzeige verwendet, fällt die Untersuchungsperson eine empirische Entscheidung durch das Beobachten der Dichteverteilung auf einer sich ergebenden Gradationsanzeige, unter Verwendung der oben erwähnten ersteren Eigenschaft des Ultraschallstrahls. Eine zu beachtende Anmeldung ist z. B. die US-Patentanmeldung Nr. 820607 oder die entsprechende europäische Patentanmeldung Nr. 86100581.7.
Die oben erwähnten zwei Eigenschaften des Ultraschallstrahls ergeben sich jedoch nicht immer eindeutig für alle Arten von Abblätterungen und Hohlräumen. Sogar bei einer Signalwellenform von z. B. einer Abblätterung wird dessen Stärke manchmal leicht und unbestimmt ansteigen, wobei deren Phase manchmal nicht klar invertiert ist. Demgemäß sind die üblichen Inspektionsverfahren, die auf der empirischen Beurteilung durch die Untersuchungsperson beruhen, nicht gut für die obengenannten kritischen Vorkommnisse geeignet, da die Stärke der Wellenform und/oder das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein der Phaseninversion nicht genau beurteilt werden können. Wenn dies jedoch möglich sein sollte, verbraucht die Beurteilung viel Zeit.
Weiterhin ist es schwierig zu beurteilen, ob die Stärke der gleichen Wellenform eine normale Verbindung oder das Abblättern einer abnormalen Verbindung darstellt, wenn die Stärke der Wellenformen von Verbindungsabschnitten von verschiedenen untersuchten Objekten gleich sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallprüfverfahren und eine Ultraschallprüfvorrichtung zu realisieren, die das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Fehlstellen in einem Objekt genau und schnell erfassen können und insbesondere das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Abblätterungen an einem Verbindungsabschnitt oder an Hohlräumen in einem Körper ermitteln können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Weitere Entwicklungen und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfinder haben eine Vielzahl von Experimenten betreffend reflektierten Ultraschallstrahlen durchgeführt, wobei sie die Tatsache erkannt haben, daß der Maximalwert des positiven Spitzenwerts größer ist als der maximale Absolutwert des negativen Spitzenwerts, wenn ein Maximalwert eines positiven Spitzenwerts verglichen wird mit einem maximalen Absolutwert eines negativen Spitzenwerts in Verbindung mit einer Wellenform eines typischen reflektierten Strahls mit einer nichtinvertierten Phase, die von einem Untersuchungsobjekt ohne jeglichen Defekt, wie Abblätterung an einem Verbindungsabschnitt, erzeugt wird. Wenn ein ähnlicher Vergleich in Verbindung mit einer Wellenform eines typischen reflektierten Strahls mit einer invertierten Phase, produziert von einem zu untersuchenden Objekt mit einer Schadstelle, wie Abblätterung an einem Verbindungsabschnitt, durchgeführt wird, ist der maximale Absolutwert des negativen Spitzenwerts größer. Basierend auf obigen Erkenntnissen enthält die Erfindung das Prinzip, daß das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von einem Defekt dadurch erfaßt werden kann, daß die Höhe (Magnitude) eines Maximalwerts eines positiven Spitzenwerts eines reflektierten Strahls mit einem maximalen Absolutwert eines negativen Spitzenwerts des reflektierten Strahls verglichen wird, um das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein einer Phaseninversion zu beurteilen. Weitere von den Erfindern durchgeführte Experimente haben ergeben, daß die Phaseninversion in Abhängigkeit von der Art des zu untersuchenden Objekts auftreten kann, wenn ein Maximalwert eines positiven Spitzenwerts etwas größer ist als ein maximaler Absolutwert eines negativen Spitzenwerts. Weiterhin kann das Einführen eines experimentell bestimmten Schwellwerts für jede Art von zu untersuchenden Objekts eine genauere Beurteilung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins einer Phaseninversion erlauben.
Die Erfindung wurde durch die Anwendung der oben erwähnten neuen technischen Erkenntnisse erzielt, die durch die Erfinder erarbeitet wurden.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Ultraschallprüfverfahren zur Untersuchung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines Defekts in einem zu untersuchenden Objekt dadurch vorgesehen, daß ein reflektierter Strahl eines von einer Sonde auf das Objekt emittierten Ultraschallstrahls als ein RF-Signal empfangen wird und Daten des RF-Signals auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden. Das Untersuchungsverfahren enthält folgende Schritte: Erfassen eines Maximalwerts, der einem positiven Spitzenwert des RF-Signals entspricht, Erfassen eines maximalen Absolutwerts, der einem negativen Spitzenwert des RF-Signals entspricht, Durchführen einer Berechnung zum Vergleichen der Höhe des Maximalwerts, der dem positiven Spitzenwert entspricht, mit dem maximalen Absolutwert, der dem negativen Spitzenwert entspricht, und Darstellen eines berechneten Werts auf der Anzeigeeinheit, so daß das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein einer Phaseninversion des RF-Signals beurteilt werden kann, um zu entscheiden, ob ein Defekt in dem Objekt vorliegt oder nicht.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Ultraschallprüfvorrichtung vorgesehen, mit einer Sonde zum Emittieren eines Ultraschallstrahls auf ein zu untersuchendes Objekt, einem Pulser zum Übertragen eines Pulssignals zu der Probe, das für die Erzeugung des Ultraschallstrahls notwendig ist, einem Empfänger zum Empfangen eines reflektierten Strahls des Ultraschallstrahls von dem Objekt und zum Erzeugen eines RF-Signals entsprechend dem reflektierten Strahl, und einer Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Daten des RF-Signals, die die Beurteilung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines Defekts in dem Objekt basierend auf den auf der Anzeigeeinheit dargestellten Inhalten erlaubt. Die Prüfvorrichtung enthält einen mit dem Empfänger verbundenen Spitzenwertdetektor, zum Erfassen eines Maximalwerts, der einem positiven Spitzenwert des RF-Signals entspricht, und eine mit dem Spitzenwertdetektor verbundene Steuereinheit, zum Durchführen einer Berechnung zum Vergleichen der Höhe des Maximalwerts, der dem positiven Spitzenwert entspricht, mit dem maximalen Absolutwert, der dem negativen Spitzenwert entspricht, und zum Übertragen eines berechneten Werts zu der Anzeigeeinheit, so daß der berechnete Wert auf derselben dargestellt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung einer Ultraschallprüfvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines wichtigen Teils der Steuerung, die durch eine CPU durchgeführt wird und in der in Fig. 1 gezeigten Ultraschallprüfvorrichtung enthalten ist,
Fig. 3 eine Blockdarstellung der Details eines in der Vorrichtung der Fig. 1 enthaltenen Peakdetektors,
Fig. 4 in den Abschnitten (A) bis (C) ein RF-Signal, einen DC-Spannungsausgang von dem Spitzenwertdetektor und eine von der CPU ermittelte Differenz, die von einem Verbindungsabschnitt ohne Abblätterung eines Objekts erhalten ist,
Fig. 5 in den Abschnitten (A) bis (C) zu den Wellenformen der Fig. 4 identische Wellenformen, die hier erhaltenen stammen jedoch von einem Verbindungsabschnitt mit einer Abblätterung dieses Objekts,
Fig. 6 ein zu dem in Fig. 2 gezeigten gleiches Flußdiagramm, wobei jedoch der dargestellte wichtige Teil der in der CPU einer Ultraschallprüfvorrichtung durchgeführten Steuerung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung entspricht,
Fig. 7 in den Abschnitten (A) bis (C) ein RF-Signal, einen DC-Spannungsausgang von dem Spitzenwertdetektor und ein durch die CPU der Vorrichtung in
Fig. 6 ermitteltes Verhältnis, das von einem Verbindungsabschnitt ohne Abblätterung eines Objekts erhalten ist, und
Fig. 8 in den Abschnitten (A) bis (C) zu den in Fig. 7 gezeigten identische Wellenformen, die jedoch von einem Verbindungsabschnitt mit Abblätterung eines Objekts erhalten sind.
In Fig. 1 ist eine Ultraschallprüfvorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist eine Probe 2 zum Emittieren eines Ultraschallstrahls auf ein zu untersuchendes Objekt D auf, das am Boden eines Wasser enthaltenden Behälters c angeordnet ist. Die Probe 2 wird durch eine Abtasteinheit 3 derart getragen, daß sie relativ zu dem Objekt D in orthogonalen Richtungen, z. B. in die X- und Y-Richtung, bewegbar ist.
Die Probe 2 ist mit einem Pulser 4 verbunden, der zu der Probe 2 ein Pulssignal überträgt, welches zur Erzeugung eines Ultraschallstrahls notwendig ist. Die Probe 2 ist weiterhin mit einem Empfänger 5 verbunden, der einen von dem Objekt D reflektierten Strahl empfängt und ein RF- Signal entsprechend dem reflektierten Strahl erzeugt. Mit dem Empfänger 5 ist ein Oszilloskop 6 zur Darstellung des RF-Signals auf einer A-Scope-Anzeige verbunden.
Der Empfänger 5 ist auch mit einem Spitzenwertdetektor 7 verbunden, der einen Maximalwert P erfassen kann, welcher einem positiven Spitzenwert des RF-Signals entspricht und einen maximalen Absolutwert N erfassen kann, der einem negativen Spitzenwert des RF-Signals entspricht. Wie später beschrieben wird, erzeugt der Spitzenwertdetektor 7 ein Ausgangssignal mit einer DC-Spannung, welche zu dem Maximalwert P, der dem positiven Spitzenwert entspricht, proportional ist, und ein Ausgangssignal mit einer DC-Spannung, die zu dem maximalen Absolutwert N proportional ist, der dem negativen Spitzenwert entspricht. Diese DC-Spannungen werden durch A/D-Umwandler 8 und 9 in digitale Signale umgewandelt, die nachfolgend einer CPU 10 zugeführt werden.
Die CPU 10 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, programmiert. Insbesondere werden in die CPU 10 Signale eingegeben, die den Maximalwert P, der dem positiven Spitzenwert entspricht, und den maximalen Absolutwert N, der dem negativen Spitzenwert entspricht, darstellen (Schritt 201). Anschließend führt die CPU 10 eine Berechnung zum Vergleichen der Magnitude dieser Maximalwerte durch (Schritt 202). In einer dargestellten Ausführungsform wird der spätere Maximalwert von dem früheren Maximalwert substrahiert. Die CPU 10 beurteilt dann die Polarität eines berechneten Werts V (Schritt 203) und erzeugt als ein Videosignal ein Binärsignal gemäß einer bestimmten Polarität oder ein multicodiertes Signal gemäß der bestimmten Polarität und dem Betrag des berechneten Wertes V. In dieser Ausführungsform wird ein Videosignal zur Darstellung einer schwarzen Farbe auf einem TV-Monitor 13 vorbereitet (Schritt 204), wenn der berechnete Werte V positiv ist, und es wird ein Videosignal zur Darstellung einer weißen Farbe vorbereitet (Schritt 205), wenn der Wert negativ ist.
Das Videosignal wird einer Video-Eingangs-/Ausgangseinheit 11 zugeführt, die mit der CPU 10 verbunden ist. Die Video- Eingangs-/Ausgangseinheit 11 ist mit einem Bildspeicher 12 und dem TV-Monitor 13 derart verbunden, daß das von der CPU 10 übertragene Videosignal in dem Bildspeicher 12 gespeichert wird und von demselben zu dem TV-Monitor 13 synchron mit horizontalen und vertikalen Abtastsignalen für den TV- Monitor 13 übertragen wird.
Die CPU 10 ist auch mit einer Abtaststeuereinheit 14 verbunden, die die Abtasteinheit 3 wie vorher beschrieben steuert, wobei über einen gegebenen Abtastbereich auf dem Objekt D Videosignale erhalten werden können und folglich eine C-Scope-Anzeige basierend auf diesen Videosignalen auf dem TV-Monitor 13 dargestellt werden kann. Die Abtaststeuereinheit 14 selbst und ein Steuerprogramm der CPU 10 für die Steuereinheit 14 sind für das übliche Ultraschallprüfverfahren bekannt, welches auf der C-Scope-Anzeige basiert, und wird hier nicht genauer beschrieben.
In Fig. 3 ist der Spitzenwertdetektor 7 dargestellt, mit einer Eingabeschaltung 15 zur Aufnahme eines RF-Signals von dem Empfänger 5, einer Torschaltung 16, die ein Tor zum Durchgang des RF-Signals für eine vorbestimmte Zeit nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerung öffnet, so daß nur ein Teil des eingegebenen RF-Signals aufgenommen wird, welches einem Reflexionsstrahl von einem geprüften Abschnitt auf dem Objekt entspricht, einer ersten Polaritätsschaltung 17p, die nur eine positive Wellenform des RF-Signals durchläßt, welches durch die Torschaltung gelaufen ist, und eine zweite Polaritätsschaltung 17n, die nur eine negative Wellenform des durchgelassenen RF-Signals durchläßt, ersten und zweiten Erfassungsschaltungen 18p und 18n zum Erfassen der positiven und der negativen Wellenformen, die durch die ersten und die zweiten Polaritätsschaltungen 17p und 17n gelaufen sind, ersten und zweiten Haltegliedschaltungen 19p und 19n, zum Halten der Maximalwerte der Wellenformen, welche durch die ersten und zweiten Erfassungsschaltungen erfaßt wurden, und Ausgangsschaltungen 20p und 20n zum Zuführen von DC-Spannungen proportional zu den Maximalwerten der Wellenformen, die von den Haltegliedschaltungen 19p und 19n gehalten werden. Diese Anordnung erlaubt die Erfassung eines Maximalwerts eines positiven Spitzenwerts und eines maximalen Absolutwerts eines negativen Spitzenwerts des RF-Signals.
In der wie oben aufgebauten Ultraschallprüfvorrichtung wird eine Wellenform wie in dem Abschnitt (A) von Fig. 4 erzeugt, welche einem RF-Signal entspricht, das von dem Empfänger 5 gesendet wurde und durch die Torschaltung 16 des Spitzenwertdetektors 7 gelaufen ist. Die ersten Schaltungen 17p, 18p und 19p arbeiten derart zusammen, daß ein Maximalwert P1 eines positiven Spitzenwerts erfaßt wird. Die zweiten Schaltungen 17n, 18n und 19n arbeiten derart zusammen, daß ein maximaler Absolutwert N1 eines negativen Spitzenwerts erfaßt wird. Die Ausgabeschaltungen 20p und 20n geben DC-Spannungen VP1 und VN1 aus, wie im Abschnitt (B) von Fig. 4 gezeigt. Diese DC-Spannungen werden durch die A/D-Umwandler 8 und 9 digitalisiert und dann der CPU 10 zugeführt, welche anschließend VP1-VN1 berechnet, zur Ermittlung des Wertes Vo, wie in dem Abschnitt (C) von Fig. 4 gezeigt.
Die CPU 10 beurteilt dann die Polarität des berechneten Wertes Vo. Da in diesem Beispiel der berechnete Wert Vo positiv ist, gibt die CPU 10 ein Videosignal zur Darstellung einer schwarzen Farbe aus, z. B. auf dem Bildschirm des TV-Monitors 13. Das Videosignal wird durch den Bildspeicher 12 zu dem TV-Monitor 13 übertragen.
Die positive Polarität des berechneten Wertes Vo zeigt an, daß der maximale Wert P1 des positiven Spitzenwerts des RF- Signals größer ist als der maximale Absolutwert N1 des negativen Spitzenwerts. Entsprechend der durch die Erfinder herausgefundenen neuen Kenntnisse ist die Phase des RF-Signals positiv, ohne durch die Phaseninversion beeinflußt zu sein. Dadurch kann die Information gewonnen werden, daß ein untersuchter Abschnitt des Objekts, z. B. ein Verbindungsabschnitt, keine Abblätterungserscheinungen aufweist; und zwar unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Eigenschaften des Ultraschallstrahls.
Mit einer gegebenen Wellenform, wie unter (A) in Fig. 5 gezeigt, die einem RF-Signal entspricht, das von dem Empfänger 5 gesendet wird und durch die Torschaltung 16 des Spitzenwertdetektors 7 gelaufen ist, erfaßt der Spitzenwertdetektor 7 einen Maximalwert P2 eines positiven Spitzenwerts und einen maximalen Absolutwert N2 eines negativen Spitzenwerts des RF-Signals zur Erzeugung von DC-Spannungen VP2 und VN2, wie unter (B) von Fig. 5 gezeigt. Diese Spannungen sind proportional zu den Maximalwerten und werden durch die A/D-Umwandler 8 und 9 digitalisiert. Die CPU 10 errechnet dann VP2-VN2 und beurteilt die Polarität des berechneten Wertes Vd, der in dem unter (C) in Fig. 5 gezeigten Beispiel negativ ist, was zu einem Videosignal zum Darstellen einer weißen Farbe führt, z. B. auf dem Bildschirm des TV- Monitors 13. Das Videosignal wird zu dem Bildspeicher 12 und dem TV-Monitor 13 übertragen.
Die negative Polarität des berechneten Werts Vd indiziert, daß der maximale Absolutwert N2 des negativen Spitzenwerts des RF-Signals größer ist als der Maximalwert P2 des positiven Spitzenwerts. Entsprechend der neuen Kenntnisse der Erfinder ist die Phase des RF-Signals negativ und invertiert, wodurch die Information resultiert, daß ein untersuchter Abschnitt des Objekts, z. B. ein Verbindungsabschnitt, abgeblättert ist (Sprünge aufweist); unter Einbeziehung der vorbeschriebenen Eigenschaften des Ultraschallstrahls.
Durch das Bereitstellen von Videosignalen über einen gegebenen Abtastbereich auf dem Objekt D und durch das Zuführen von Videosignalen zu dem TV-Monitor 13, kann eine C-Scope- Anzeige des zu untersuchenden Abschnitts des Objekts erhalten werden, wobei ein normaler Abschnitt des Objekts ohne einen Defekt, wie einer Abblätterung, einem Abplatzen bzw. einem Abspringen an einem Verbindungsabschnitt, schwarz dargestellt wird und ein defekter Abschnitt, wie ein Abplatzen an dem Verbindungsabschnitt, weiß dargestellt wird. Sogar eine ungeübte Untersuchungsperson kann daher das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Defekten einfach und schnell untersuchen.
Im vorangehenden wurde beschrieben, daß sogar, wenn ein Maximalwert, der einem positiven Spitzenwert entspricht, einen maximalen Absolutwert überschreitet, der einem negativen Spitzenwert eines RF-Signals entspricht, dieses RF- Signal manchmal durch einen Reflexionsstrahl von einem Defekt, wie eine Abplatzung an einem Verbindungsabschnitt, gehemmt wird, wenn der Maximalwert etwa größer ist als der maximale Absolutwert. Dies hängt von der Art des zu untersuchenden Objekts ab, wobei die Phase dieses RF-Signals eventuell invertiert ist. Daher ist es sinnvoll einen experimentell bestimmten Schwellwert α für jede Art von Objekt für den Vergleich des Maximalwerts, der dem positiven Spitzenwert entspricht, mit dem maximalen Absolutwert, der dem negativen Spitzenwert entspricht, einzuführen.
Insbesondere kann V = P-(N + α) berechnet werden, mit P als der positive maximale Spitzenwert des RF-Signals und N als der negative Spitzenwert des maximalen Absolutwerts, wobei aus einem positiven V das Nichtvorhandensein eines Defekts, wie ein Abplatzen, ermittelt wird und aus einem negativen V auf das Vorhandensein eines solchen Defekts geschlossen wird. Zum Durchführen dieser Beurteilung mit der Ultraschallprüfvorrichtung 1 kann das Programm der CPU 10 einfach derartig modifiziert werden, daß V = P-(N + α) berechnet wird, und ein binäres Videosignal erzeugt wird, das einer positiven oder negativen Polarität von V entspricht oder ein multicodiertes Videosignal für die Gradationsanzeige erzeugt wird, abhängig von der Polarität und der Höhe von V.
Obwohl in der vorangehenden Ausführungsform die Magnitude des positiven maximalen Spitzenwerts des RF-Signals mit dem negativen Spitzenwert des maximalen Absolutwerts durch ein Substrahieren des letzteren von dem ersten verglichen wird, kann das Verhältnis des ersteren zu dem letzteren zum Vergleich berechnet werden. In einem solchen Vergleich ist der Maximalwert, der dem positiven Spitzenwert entspricht, größer, wenn der berechnete Wert größer ist als 1. Dies indiziert, daß die Phase nicht invertiert ist und der untersuchte Abschnitt, wie ein Verbindungsabschnitt, intakt ist. Wenn jedoch der berechnete Wert kleiner ist als 1, ist der maximale Absolutwert, der dem negativen Spitzenwert entspricht, größer, was indiziert, daß ein untersuchter Abschnitt, wie ein Verbindungsabschnitt, defekt ist oder eine Abplatzung aufweist.
Zum Implementieren des Verhältnisvergleichs mit der Ultraschallprüfvorrichtung 1 kann das Programm der CPU 10 wie in Fig. 6 gezeigt derart modifiziert werden, daß ein einem Maximalwert P entsprechendes Signal, das einem positiven Spitzenwert eines RF-Signals entspricht, und ein einem maximalen Absolutwert N entsprechendes Signal, das einem negativen Spitzenwert des RF-Signals entspricht, eingegeben werden (Schritt 601), R = P/N dann berechnet wird (Schritt 602), ermittelt wird, ob das Verhältnis R größer ist als 1 oder nicht (Schritt 603) und ein binäres Videosignal, das einem Wert des Verhältnisses R entspricht, oder ein multicodiertes Signal zur Gradationsanzeige, abhängig von dem Wert und der Größe des Verhältnisses R, weitergegeben wird. Wenn ein RF-Signal mit einer Wellenform, wie unter (A) in Fig. 7 gezeigt, bei einer oben geschilderten Ultraschallprüfvorrichtung eingegeben wird, erfaßt der Spitzenwertdetektor 7 einen Maximalwert P3, der einem positiven Spitzenwert entspricht, und einen maximalen Absolutwert N3, der einem negativen Spitzenwert des RF-Signals entspricht, zur Erzeugung von DC-Spannungen VP3 und VN3. Diese Spannungen sind, wie unter (B) in Fig. 7 gezeigt, proportional zu den Maximalwerten. Die CPU 10 berechnet ein Verhältnis von VP3 zu VN3, zur Erzeugung eines berechneten Werts R1, wie unter (C) in Fig. 7 angedeutet. Die CPU 10 ermittelt dann, ob der berechnete Wert R1 größer ist als 1 oder nicht, und erzeugt ein Videosignal gemäß dem Wert von R1, welches in diesem Beispiel größer ist als 1. Wenn ein RF-Signal mit einer unter (A) in Fig. 8 gezeigten Wellenform eingegeben wird, erfaßt der Spitzenwertdetektor 7 zwei Maximalwerte P4 und N4 zur Erzeugung von DC-Spannungen VP4 und VN4, die zu den Maximalwerten proportional sind, wie unter (B) in Fig. 8 gezeigt. Die CPU 10 berechnet ein Verhältnis von P4 zu N4 zur Erzeugung eines berechneten Werts R2. Dann ermittelt die CPU 10, ob der berechnete Wert R2 größer ist als 1. Da R2 kleiner ist als 1, wie unter (C) in Fig. 8 gezeigt, erzeugt die CPU 10 ein Videosignal, welches von dem zuvor bezeichneten Videosignal unterschiedlich ist. Dadurch kann z. B. eine monochrome C-Scope-Anzeige, wie in der vorangehenden Ausführungsform, auf dem TV-Monitor dargestellt werden, und die Untersuchungsperson kann einfach und schnell das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Defekts erkennen.
In dieser Ausführungsform kann, wie in der vorangehenden Ausführungsform, ein experimentell bestimmter Schwellwert α für jede Art von zu untersuchendem Objekt eingeführt werden, so daß die Verläßlichkeit der Beurteilung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines Defekts verbessert werden kann. Das Programm der CPU 10 kann derart modifiziert werden, daß R = (PN)-α berechnet wird.
Wenn der Schwellwert α in die Subtraktionsberechnung zwischen die Maximalwerte P und N eingeführt wird, werden diese Maximalwerte P und N in ihrer Größe variiert, und zwar in Abhängigkeit von nicht nur dem Vorhandensein oder dem Nichtvorhandensein eines Defekts, wie einem Abplatzen, sondern auch abhängig von anderen Faktoren, wie einem Dämpfungs- und Übertragungsfaktor der Ultraschallwelle, die für ein Material des zu untersuchenden Objekts bestimmt werden. Weiterhin geht die Charakteristik der Probe ebenfalls in die Variation der Maximalwerte P und N ein. Dadurch ist es erforderlich, daß der Schwellwert a in einer hochwissenschaftlichen Weise an die Änderungen der anderen oben erwähnten Faktoren angepaßt werden muß. Bei der Berechnung des Verhältnisses des Maximalwerts P zu dem Maximalwert N gemäß der zweiten Ausführungsform können jedoch die Größenänderungen aufgrund anderer Faktoren wie dem Vorhandensein oder dem Nichtvorhandensein eines Defekts in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden, wodurch folglich der gleiche Schwellwert α immer für die gleiche Art von Objekt verwendet werden kann. Aus diesem Standpunkt heraus kann die auf der Verhältnisberechnung basierende zweite Ausführungsform als praktischer angesehen werden.
In den vorangehenden Ausführungsformen werden entweder die berechnete Differenz zwischen dem positiven maximalen Spitzenwert und dem negativen Spitzenwert des maximalen Absolutwerts des RF-Signals oder das berechnete Verhältnis von dem ersteren zu dem letzteren in das Videosignal konvertiert und auf dem TV-Monitor dargestellt. Alternativ dazu kann der berechnete Wert beispielhaft zurück in ein analoges Signal konvertiert werden, wobei die Signalstärke auf einem Oszilloskop dargestellt werden kann. Durch dieses Vorgehen kann die Untersuchungsperson das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Defekts einfach und schnell durch eine Beobachtung des Oszilloskops feststellen.
Wie oben beschrieben, wird in dem erfindungsgemäßen Ultraschallprüfverfahren und in der erfindungsgemäßen Ultraschallprüfvorrichtung eine Berechnung durchgeführt, zum Vergleichen der Höhe eines Maximalwerts, die einem positiven Spitzenwert entspricht, mit einem maximalen Absolutwert eines negativen Spitzenwerts eines RF-Signals, welches von einem Reflexionsstrahl eines zu untersuchenden Objekts gehemmt bzw. gedämpft ist. Ein berechneter Wert wird dann auf der Anzeigeeinheit dargestellt und das RF- Signal wird auf seine Phaseninversion hin überprüft. Demgemäß können die Inhalte der Anzeige vereinfacht werden und sogar eine nichtgeübte Untersuchungsperson kann das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Defekts einfach und schnell überprüfen.

Claims

1. Ultraschallprüfverfahren zum Untersuchen des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von Defekten in einem Objekt (D), mit den folgenden Schritten: - Emittieren eines Ultraschallstrahls von einer Sonde (2), - Empfangen der reflektierten Welle, die von dem Objekt (D) emittiert wurde, - Bestimmen der positiven maximalen Spitzenwerte (P) und der negativen maximalen Spitzenwerte (N) der reflektierten Welle, - Vergleichen des absoluten Werts von (N) mit (P) und - Entscheiden, daß eine Schadstelle erfaßt wurde, wenn (P) größer ist als der Absolutwert von (N), gekennzeichnet durch - ein Erzeugen eines zu dem Maximalwert (P) proportionalen Ausgangssignals und eines zu dem negativen maximalen Absolutwert (N) proportionalen Ausgangssignals durch ein Teilen der empfangenen Welle in die positiv verlaufende Wellenform und in die negativ verlaufende Wellenform durch einen Spitzenwertdetektor (7) zur Bestimmung von (P) und (N) und - ein Darstellen eines berechneten Wertes (V, R) auf einer Anzeigeeinrichtung (6, 13) zur Angabe des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines Defekts in dem Objekt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorbestimmter Schwellwert (α), der für jede Art von Objekt (D) experimentell bestimmt wird, für die Berechnung der Erfassung einer Schadstelle verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert (P) von dem maximalen Absolutwert (N) zur Bestimmung des berechneten Werts (V) substrahiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summe des maximalen Absolutwerts (N) und des Schwellwert (α) von dem Maximalwert (P) zur Bestimmung des berechneten Werts (V) substrahiert wird, wobei, wenn der berechnete Wert (V) positiv ist, die Phase des RF-Signals als nicht invertiert gewertet wird und wenn er negativ ist, die Phase des RF-Signals als invertiert gewertet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Maximalwerts (P) zu dem maximalen Absolutwert (N) zur Bestimmung des berechneten Werts (R) berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (α) von dem Verhältnis des Maximalwerts (P) zu dem maximalen Absolutwert (N) zur Bestimmung des berechneten Werts (R) substrahiert wird, wobei, wenn der berechnete Wert (R) größer ist als die Phase des RF- Signals, dieses als nicht invertiert gewertet und wenn er kleiner ist als 1, die Phase des RF-Signals als invertiert gewertet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Wert (V, R) in ein Binärsignal oder ein multicodiertes Signal konvertiert wird, abhängig von dem Wert desselben und als eine C-Scope-Anzeige auf einem Fernsehmonitor (13) dargestellt wird.

8. Ultraschallprüfvorrichtung mit einer Sonde (2) zum Emittieren eines Ultraschallstrahls auf ein zu untersuchendes Objekt (D), einem Pulser (4) zum Übertragen eines zur Erzeugung des Ultraschallstrahls nötigen Pulssignals zu der Sonde (2), einem Empfänger (5) zum Empfangen eines reflektierten Strahls des Ultraschallstrahls von dem Objekt (D) und Erzeugen eines RF-Signals entsprechend dem reflektierten Strahl und Mitteln zur Bestimmung einer Phaseninvertierung, basierend auf der Größe eines positiven Spitzenwertes und eines negativen Spitzenwertes, die entsprechend der Wellenform eines Ultraschallechos erhalten wurden und zum Bestimmen des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von Defekten verwendet werden, gekennzeichnet durch

eine Anzeigeeinrichtung (6, 13) zum Anzeigen von Daten des RF-Signals, so daß die Bewertung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von Defekten in dem Objekt (D), basierend auf den auf der Anzeigeeinrichtung (6, 13) dargestellten Inhalten, möglich wird,

einen mit dem Empfänger (5) verbundenen Spitzenwertdetektor (7), zum Erfassen eines Maximalwerts (P), der einen positiven Spitzenwert angibt und eines maximalen Absolutwerts (N), der einen negativen Spitzenwert des RF-Signals angibt, wobei der Spitzenwertdetektor (7) eine Torschaltung enthält, die zum Durchlassen des RF-Signals für eine vorbestimmte Verzögerungszeit ein Tor öffnet, eine erste Polaritätsschaltung (17p), zum ausschließlichen Durchlassen einer postiv verlaufenden Wellenform des RF-Signals und eine zweite Polaritätsschaltung (17n) enthält, zum ausschließlichen Durchlassen einer negativ verlaufenden Wellenform, erste und zweite Erfassungsschaltungen (18p, 18n) enthält, zum Erfassen der durch die erste Polaritätsschaltung (17p) gelaufene positiv verlaufende Wellenform und der durch die zweite Polaritätsschaltung (17n) gelaufene negativ verlaufende Wellenform, und erste und zweite Halteschaltungen (19p, 19n) enthält, zum Halten der Maximalwerte (P, N) der Wellenformen, die von den ersten und zweiten Erfassungsschaltungen (17p, 17n) erfaßt wurden, wodurch die Erfassung des positiven Spitzenwerts des Maximalwerts (P) und des maximalen negativen Spitzenwerts des Absolutwerts (N) des RF-Signals möglich wird, und

eine mit dem Spitzenwertdetektor (7) verbundene Steuereinrichtung (10) zum Durchführen einer Berechnung zum Vergleichen der Größen des Maximalwerts (P) mit dem maximalen Absolutwert (N) und Übertragen eines berechneten Werts (V, R) zu der Anzeigeeinrichtung (6, 13), so daß der berechnete Wert (V, R) auf derselben angezeigt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (13) ein mit der Steuereinrichtung (10) verbundener Fernsehmonitor (13) ist, der derart betrieben wird, daß der berechnete Wert (V, R) in ein Binärsignal oder ein multicodiertes Signal konvertiert wird, abhängig von der Größe desselben, wodurch der berechnete Wert (V, R) als eine C-Scope-Anzeige auf dem Fernsehmonitor (13) angezeigt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) derart betrieben wird, daß der maximale Absolutwert (N) von dem Maximalwert (P) zur Bestimmung des berechneten Werts (V) substrahiert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) derart betrieben wird, daß ein Verhältnis des Maximalwerts (p) zu dem maximalen Absolutwert (N) zur Bestimmung des berechneten Werts (R) berechnet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) derart betrieben wird, daß ein Binärsignal gemäß einer positiven oder negativen Polarität des berechneten Werts (V) oder ein multicodiertes Signal, abhängig von der Größe des berechneten Werts (V), zur Verursachung einer C-Scope-Anzeige auf dem Fernsehmonitor (13) erzeugt werden, basierend auf dem binären- oder multicodierten Signal.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) derart betrieben wird, daß ein Binärsignal in Abhängigkeit davon erzeugt wird, ob der berechnete Wert (R) größer ist als 1 oder nicht, oder ein multicodiertes Signal erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Größe des berechneten Werts (R), so daß eine C-Scope- Anzeige auf dem Fernsehmonitor (13), basierend auf dem Binär- oder multicodierten Signal, verursacht wird.