DE3903396A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschall-dickenmessung und pruefeinrichtung fuer letztere - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ultraschall-dickenmessung und pruefeinrichtung fuer letztereInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Ultraschall-Dickenmessung sowie eine Prüfeinrichtung
für letztere. Bei dem genannten Verfahren sendet eine an ein zu
messendes Werkstück angesetzte Sonde einen Ultraschallimpuls aus
und erfaßt die vom Meßling reflektierten Echoimpulse, wobei aus
der Laufzeit der Ultraschallimpulse die Materialdicke bestimmt
wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum
Überprüfen des Betriebszustands der Vorrichtung. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Ultraschall-Verfahren und eine hierfür
geeignete Vorrichtung zur Dickenmessung an Werkstücken unter
Ausnutzung von Mehrfachechos sowie eine für dieses Verfahren und
die Vorrichtung geeignete Prüfeinrichtung.
Die Fig. 6 zeigt als Blockdiagramm eine Ausführungsform einer
herkömmlichen Ultraschall-(US)-Dickenmeßvorrichtung.
In dieser Figur ist mit 101 eine Schaltung zur Erzeugung von
Synchronimpulsen, die den Zeitpunkt der Ultraschall-Impulse be
stimmt, 102 eine Sendeschaltung zur Erzeugung elektrischer Impul
se zur Erregung einer Sonde, 103 die Sonde zum Senden und Empfang
der Ultraschallimpulse, 104 eine Schaltung zum Empfang und zur
Verstärkung der Echos, 112 eine zweite Taktschaltung zur
Erzeugung von Einheits-Taktimpulsen, 113 ein drittes UND-Glied
zur Selektion der Taktimpulse, 114 eine Zählschaltung zum Zählen
der Ausgangsimpulse aus dem dritten UND-Glied 113, 115 eine
Digitalanzeige, 116 das mit einer Kopplungsflüssigkeit
beschichtete zu messende Werkstück, an das die Sonde 103
angesetzt wird, 117 eine Steuerschaltung zur Steuerung der
Empfangsverzögerung für die Echoimpulse und zur Einstellung
des Verstärkungsfaktors und 118 eine Kathodenstrahlröhre zur
Anzeige der Echoimpulse bezeichnet.
Eine Ultraschall-Dickenmessung mit einer herkömmlichen Meßanord
nung verläuft wie folgt:
Ein Ultraschallimpuls, der von der Sonde 103 bei Erregung mit
einem Synchronimpuls aus dem Synchronimpulsgenerator 101
ausgeschickt wird, wird zwischen der unteren und der oberen
Oberfläche des Werkstücks mehrfach reflektiert. Die Echoimpulse
werden von der Empfangsschaltung 104 aufgenommen. Ein zweites
Flipflop 11 stellt eine Torzeit derart dar, daß der zeitliche
Abstand zwischen einem und dem nächsten Echoimpuls groß ist. Die
Echoimpulse werden auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 118
angezeigt.
Die Steuerschaltung 117 stellt den Verstärkungsfaktor für den
Empfang bzw. die Torverzögerung so ein, daß Störungen der Mehr
fachechos durch unerwünschte Signale so gering wie möglich
bleiben.
Weiterhin werden die auf dem Bildschirm 118 geschriebenen Spuren
so eingestellt, daß die Anzeigeposition der Echos und der
Meßbereich geprüft werden können.
Die Fig. 7 zeigt die bei herkömmlichen US-Dickenmeßvorrichtungen
betrieblich auftretenden Signalformen. In dieser zeigen der
Kurvenzug 10 den Sendeimpuls T, das erste Echo B 1 und ein zweites
Echo B 2 vom Boden des zu messenden Werkstücks, der Kurvenzug 11
die Torzeit anhand eines am Ausgang des Flipflops 11 stehenden
Rechteckimpulses, dessen Länge dem Abstand zwischen dem ersten
und dem zweiten Echo B 1, B 2 proportional ist, und der Kurvenzug
12 die aus dem Torzeitimpuls und den Zeiteinheitsimpulsen UND
verknüpften Ausgangsimpulse. Die Ausgangsimpulse werden gezählt
und die dickenmeßergebnisse für das Werkstück 116 auf der
Digitalanzeige 118 ausgegeben.
Bei herkömmlichen US-Dickenmeßvorrichtung, wie sie oben be
schrieben sind, weist eine Kathodenstrahlröhre 118 zur Wahl der
vom zu messenden Werkstück 116 kommenden Mehrfachechos auf. Ins
besondere läßt die Torzeit sich anhand der Bildschirmwiedergabe
so einstellen, daß sich Störungen durch Fremdsignale usw. mini
mieren lassen. Weiterhin erfolgt auf dem Bildschirm die Über
prüfung der Anzeigeposition der Impulsechos und des Meßbereichs.
Die Dickenmessung erfolgt mit einer Torzeit entsprechend dem
zeitlichen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Echo B 1,
B 2. In diesem Fall wird das zweite Echo B 2 erfaßt, indem man es
anhand der gleichen Abstände unter den Empfangssignalen auf dem
Bildschirm visuell ermittelt.
Diese herkömmliche US-Dickenmeßvorrichtung ist dahingehend un
vorteilhaft, daß die gedämpfte Schwingung des ersten Impulsechos
B 1 oder verzögerte Signale, die von anderen Ausbreitungswegen
stammend zwischen dem ersten und dem zweiten Impulsecho B 1, B 2
erscheinen, eine einwandfreie Messung verhindern.
Die vorliegende Erfindung soll die Nachteile herkömmlicher Ver
fahren bzw. Vorrichtungen beseitigen, indem sie ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur US-Dickenmessung angibt, die sich mit ver
ringerter Größe und geringem Gewicht ausführen läßt und in der
Lage ist, unerwünschte Signale selbsttätig zu eliminieren und
ohne das Hinzuziehen der Bildschirmdarstellung aus den
störbefreiten Mehrfachechos eine genaue Dickenmessung ableitet.
Nach einer weiteren US-Dickenmeßvorrichtung hat man einen Sonden
mit einem Verzögerungselement verwendet.
Die Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer derartigen US-Dickenmeß
vorrichtung. Dabei bezeichnen 201 eine Schaltung zur Lieferung
des Zeitsteuersignals für die US-Impulsaussendung, 202 die Sen
deschaltung zum Erregen der Sonde, 203 die Sonde mit einem
Verzögerungselement, 204 das zu messende Werkstück, das mit einer
Kopplungsflüssigkeit wie Öl beschichtet ist und an das die Sonde
203 mit dem Verzögerungselement zur Dickenmessung angesetzt wird,
205 die Empfangsschaltung zur Aufnahme und Verstärkung der Mehr
fachechoimpulse aus dem zu messenden Werkstück 204, 220 eine
Flipflopstufe, die ein Meß-Torzeitsignal einer Breite liefert,
die dem zeitlichen Abstand zwischen den Echoimpulsen aus der
Empfangsschaltung entspricht, 219 eine Steuerschaltung für den
Verstärkungsfaktor der Empfangsschaltung 205 bzw. das Flipflop
220, 221 eine Kathodenstrahlröhre, die das Ausgangssignal der
Empfangsschaltung 205 in A-Darstellung ausgibt, 222 eine zweiter
Taktgenerator zur Erzeugung von Taktimpulsen, 223 ein UND-Glied,
das das Ausgangssignal des Flipflops 220 mit dem Taktsignal UND
verknüpft, 224 einen Zähler, der die Ausgangsimpulse des UND-
Glieds 223 zählt, und 225 eine Anzeige zur Ausgabe des
Zählergebnisses.
Bei einer wie oben dargestellt ausgeführten herkömmlichen US-
Dickenmeßeinrichtung wird von der Sonde 203 unter der Ansteuerung
durch ein Zeitsignal aus der Synchronschaltung 201 über das
Verzögerungselement ein US-Impuls durch das Werkstück 204
geschickt. Der Impulse durchläuft zunächst das bspw. aus Acryl
werkstoff hergestellte Verzögerungselement und tritt dann in das
Werkstück 204 ein, wo er zahlreiche Echos zwischen dessen Ober
und Unterseite hervorruft. Die Echos aus dem Werkstück 204 werden
von der Empfangsschaltung 205 verstärkt und auf dem Bildschirm
221 dargestellt. Die Steuerschaltung 219 steuert den Verstär
kungsfaktor beim Empfang bzw. das Flipflop 220 so, daß
Beeinträchtigungen durch Störsignale - bspw. Störkomponenten des
Sendeimpulses oder Echos von anderen Oberflächen des zu messenden
Werkstücks 204 - minimiert werden.
Weiterhin wird die Bildspur auf dem Bildschirm 221 so einge
stellt, daß sich die Anzeigeposition des Echos oder der Meßbe
reich prüfen läßt.
Die Fig. 11 zeigt beispielhafte Signalformen bei der
herkömmlichen US-Dickenmeßvorrichtung. Die Kurve 15 zeigt einen
Sendeimpuls T mit einem ersten Oberseitenecho S 1 von der Ober
seite des zu messenden Werkstücks 204, einem ersten und einem
zweiten Unterseitenecho B 1, B 2 von der Unterseite des Werkstücks
sowie einem zweiten Oberseitenecho S 2 von der Oberseite des
Werkstücks 204. Die Kurve 16 zeigt das Meßintervall, das
proportional dem zeitlichen Abstand zwischen den beiden
Unterseitenechos B 1, B 2 ist, und die Kurve 17 das Ausgangssignal
des UND-Glieds 223, d.h. die UND-verknüpfung des Meßintervall
impulses mit einem Taktimpulssignal. Die Anzahl der Taktimpulse
am Ausgang des UND-glieds 223 ist proportional der zu messenden
Dicke des Werkstücks. Die Impulsanzahl im Signal 17 wird vom
Zähler 224 bestimmt und das Zählergebnis auf der Anzeige 225 als
Werkstückdicke ausgegeben.
Die Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel betrieblicher Signal
formen, wie sie in herkömmlichen Dickenmeßanordnungen auftreten.
Hierbei handelt es sich um eine Messung, bei der das Werkstück
204 eine erhebliche Dicke und die eingesetzte Sonde ein kleines
Verzögerungselement aufweisen. Bei dieser Messung erscheint das
zweite Oberseitenecho S 2 zwischen dem ersten und dem zweiten
Unterseitenecho B 1, B 2 und verhindert das zweite Oberseitenecho
S 2 eine genaue Dickenmessung.
Zur Lösung dieses Problems wählt man auf dem Bildschirm 221 der
herkömmlichen US-Meßanordnung aus den zahlreichen Echosignalen
die Unterseitenechos aus. Insbesondere wird unter Beobachtung des
Bildschirms die Verzögerungszeit des Verzögerungstors so einge
stellt, daß Störungen durch den Sendeimpulse und die Mehrfach
echos von der Oberflächen des Werkstücks 204 verschwinden.
Weiterhin werden die Anzeigeposition der Echos und der Meßbereich
geprüft.
Bei herkömmlichen Anordnungen erfolgt die Dickenmessung unter
Verwendung eines Torimpulses, der sich vom ersten Unterseitenecho
B 1 zum zweiten Echo B 2 erstreckt, und Auszählen der Taktimpulse
innerhalb der Torimpulsdauer. Es muß jedoch die Verzögerung des
Verzögerungstors so eingestellt werden, daß Störungen durch den
Sendeimpuls T und die Mehrfachechos von den Oberflächen des zu
messenden Werkstücks 204 eliminiert werden.
Weisen die an die Sonde 3 angesetzten Verzögerungselemente
weiterhin unterschiedliche Längen auf oder schwankt die
Schallgeschwindigkeit des Verzögerungselements bspw. mit der
Temperatur, sind die oben erläuterten Einstellungen erforderlich.
Diese herkömmliche Anordnung ist dahingehend nachteilig, daß ihr
Aufbau und ihre Bedienung unvermeidbar kompliziert sind und sie
wegen des Bildschirms, auf dem die Unterseitenechos gesucht
werden müssen, eine erhebliche Größe annimmt.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Lösung dieses
Problems, und es ist ein zweites Ziel der vorliegenden Erfin
dung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur US-Dickenmessung
anzugeben, mit denen sich eine genaue Dickenmessung erreichen
läßt, wobei ohne Anwendung eines Bildschirms der Sendeimpuls und
die Mehrfachechos von den Oberflächen des zu messenden Werkstücks
bzw. Störsignale selbsttätig eliminiert und Schwankungen der vom
Verzögerungselement verursachten Verzögerung selbsttätig
kompensiert werden.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß der Kontakt zwischen dem
US-Sende- bzw. Empfangswandler und dem Werkstück ein wesentlicher
Faktor für die Dickenmessung mit einer Anordnung darstellt, die
Impulsechos aus dem Werkstück erfaßt.
Insbesondere mißt die US-Dickenmeßanordnung die Dicke eines
Werkstücks, indem die Sonde an das zu messende Werkstück ange
setzt, US-Impulse ausgesandt, deren Echos aus dem Werkstück
erfaßt und die Werkstückdicke aus der Laufzeit der US-Impule im
Werkstück ermittelt werden. Eine Prüfeinrichtung dient zum
Prüfen der Kontaktbedingungen zwischen dem Sonden und dem zu
messenden Werkstück, des Zustands der Koppelschicht, akustischer
Kopplungsfehler infolge der Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks,
von Aderbrüchen im Sondenanschlußkabel, der Dämpfung der US-Welle
im Werkstück, eines Abfalls der US-Sendeleistung bzw. jeder
Beeinträchtigung im Betriebsverhalten des US-Dickenmeßanordnung.
Die Fig. 16 zeigt zur Erläuterung eine herkömmliche Prüfein
richtung zur Verwendung mit einer US-Dickenmeßanordnung. Hier
finden ein Sende- und ein von diesem getrennter Empfangswandler
Einsatz.
In der Figur ist 302 a eine Sondenanordnung mit separatem Sende-
und Empfangswandler, die jedoch einteilig miteinander ausgebildet
sind, 311 ein elektroakustischer Wandler, 312 a der US-Sender,
312 b der US-Empfänger und 313 das Werkstück, dessen Dicke gemes
sen werden soll.
Bei einer Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnungen der oben
beschriebenen Art setzt man die zweiteilige Sonde 302 a an das
Werkstück 313 (bspw. aus Metall) über eine Koppelschicht bspw.
aus Öl oder Wasser auf der Werkstückoberfläche an. Beim Aussenden
eine US-Impulses T in das Werkstück 313 durch den US-Sender 312 a
nimmt der US-Empfänger 312 a ein erstes Echo S 1 von der Oberseite
und ein zweites Echo B 1 von der Unterseite des Werkstücks 313 auf.
Die Dickenmessung erfolgt innerhalb eines korrigierten Zeitinter
valls zwischen dem ersten und dem zweiten Echo S 1, B 1 entspre
chend der Schallgeschwindigkeit im Werkstück 313. Hierbei dient
ein Flipflop FF zur Messung, das vom ersten Echo S 1 gesetzt und
vom zweiten Echo B 1 rückgesetzt wird. Liegt das zweite Echo
unterhalb eines bestimmten Pegels, wird das Flipflop FF nicht
rückgesetzt. Das zweite Echo B 1 läßt sich also prüfen, indem man
das Flipflop FF auf einen Zustandswechsel überwacht.
Fig. 17 ist eine entsprechende erläuternde Darstellung und zeigt
eine weitere Prüfeinrichtung unter Verwendung eines einfachen
Echos nach einem Einfachsondenverfahren, das mit nur einem
Wandler arbeitet.
In dieser Figur ist 311 der piezoelektrische Wandler, 313 das zu
messende Werkstück und 302 die Sonde zum Senden und Empfangen der
US-Impulse.
Der piezoelektrische Wandler 311 der Sonde 302 wird an das zu
messende Werkstück 313 angesetzt und ein US-Impuls T in es abge
geben; er durchläuft das Werkstück, wobei die Sonde 302 von der
Werkstückunterseite ein Echo B 1 aufnimmt. Die Messung der dicke
des Werkstücks 313 erfolgt unter Korrektur des Zeitintervalls
zwischen dem US-Impuls T und dem Unterseitenecho B 1 entsprechend
der Schallgeschwindigkeit. Zur genauen Durchführung der Messung
wird eine Prüfeinrichtung eingesetzt, bei der die Amplitude des
Echos B 1 auf dem Bildschirm beobachtet wird.
Die Fig. 18 zeigt zur Erläuterung ein weiteres Beispiel einer
herkömmlichen Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnungen.
Bei diesem Beispiel wird eine Einsondentechnik mit Ausnutzung
mehrerer Echos angewandt.
Bei diesem Verfahren erhält man durch Aussenden des US-Impulses T
mit der Sonde 302 nach dem Durchlaufen des Werkstücks 313 ein
erstes und ein zweites Bodenecho B 1, B 2. Zur Dickenmessung er
folgt eine Korrektur des Zeitintervalls zwischen den Echos ent
sprechend der Schallgeschwindigkeit im Werkstück 313.
Auf dem Bildschirm werden die Amplituden des ersten und des
zweiten Echos B 1, B 2 geprüft - bspw. auf dem Bildschirm der in
Fig. 6 gezeigten Kathodenstrahlröhre.
Die Fig. 19 zeigt zur Erläuterung ein weiteres Beispiel einer
herkömmlichen Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnungen.
Dieses Beispiel verwendet eine Sonde mit Verzögerungselement nach
einem Einsondenverfahren.
In der Fig. 19 ist 302 b eine Sonde mit einem Element, das die
von der strahlenden Oberfläche des piezoelektrischen Wandlers
abgegebene US-Welle verzögert; dieses Element bspw. aus Acryl
werkstoff ist bei 312 gezeigt.
Sendet die Sonde 302 b einen US-Impuls T in das zu messende
Werkstück 313, nimmt sie erstens ein erstes Oberseitenecho S 1,
zweitens ein erstes Unterseitenecho B 1, drittens ein zweites
Unterseitenecho B 2 und viertens ein zweites Oberseitenecho S 2
auf.
Die Dickenmessung erfolgt bei Korrektur des Zeitintervalls zwi
schen dem zweiten Echoimpuls B 1 und dem dritten Echoimpuls B 2
entsprechend der Schallgeschwindigkeit des Werkstücks 313. Die
Amplituden des zweiten Echoimpulses B 1 und des dritten Echo
impulses B 2 werden auf dem Bildschirm kontrolliert.
Bei den oben beschriebenen Prüfeinrichtungen treten folgende
Schwierigkeiten auf.
Im Fall der Verwendung einer zweiteiligen Sonde 302 a erfolgt die
Prüfung nur durch den zweiten Echoimpuls B 1 von der Werkstück
unterseite, nicht aber mit dem ersten Echoimpuls S 1.
Bei der Verwendung eines Einsondenverfahrens erfolgt die Be
triebsprüfung durch Kontrolle der Echoimpulse für die Dicken
messung auf einem Kathodenstrahl-Bildschirm. Ein solcher muß also
vorhanden sein, so daß die gesamte Anordnung kompliziert und
umfangreich wird.
Weiterhin muß eine herkömmliche Prüfeinrichtung für unter
schiedliche Sondenarten und Dickenmeßverfahren unterschiedlich
ausgeführt werden, so daß die Bildschirmdarstellung entsprechend
der Dicke des Werkstücks oder dessen Schallgeschwindigkeit ein
gestellt werden muß.
Es ist daher ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Prüfeinrichtung für eine US-Dickenmeßanordnung anzugeben, die das
Prüfergebnis für die bei der Messung verwendeten Echos auch bei
unterschiedlicher Dicke oder Schallgeschwindigkeit des Werk
stücks, Sondenart oder unterschiedlichen Dickenmeßverfahren
selbsttätig und ohne Nachstellen anzeigt.
Um das erste der oben beschriebenen Ziele zu erreichen, schafft
die vorliegende Erfindung ein US-Dickenmeßverfahren, bei dem ein
US-Impuls mit einer Sonde in ein zu messendes Werkstücks einge
bracht wird und man zur Dickenmessung die Echoimpulse im Werk
stück erfaßt, um das Zeitintervall zwischen ihnen zu ermitteln,
wobei man die Zeit vom Aussenden des US-Impulses bis zum Empfang
eines ersten Echos von der Unterseite des Werkstücks abzählt,
einen innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, beginnend nach dem
Empfang des ersten Echoimpulses und bis unmittelbar vor Ablauf
des ausgezählten Zeitintervalls, empfangenen Impuls als zweiten
Echoimpuls ermittelt, und die Zeit zwischen dem Empfang des ersten
Echoimpulses und dem Empfang des zweiten Echoimpulses auszählt,
um die Dicke des Werkstücks zu messen.
Um das erste Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen,
schafft weiterhin die vorliegende Erfindung eine US-Dickenmeßan
ordnung mit einer Sonde, einer US-Impuls-Sende/Empfangseinrich
tung zum Einspeisen eines US-Impulses in ein zu messendes Werk
stück und Empfangen und Erfassen der Echoimpulse und einer
Zähleinrichtung zum Auszählen von Zeitintervallen zwischen den
erfaßten Impulsen zwecks Dickenbestimmung des Werkstücks aus dem
erhaltenen Zeitintervall, die weiterhin aufweist eine Einrichtung
zum Setzen der Torzeit zum Erfassen eines zweiten Echoimpulses,
die die Zeit zwischen dem Aussenden des US-Impulses und dem
Empfang eines von der Unterseite des Werkstücks kommenden ersten
Echoimpulses auszählt und ein Tor zur Erfassung eines zweiten
Echoimpulses öffnet, wenn nach dem Empfang des ersten Echoim
pulses eine Zeitspanne abgelaufen ist, die um eine vorbestimmte
Breite des Torintervalls kürzer ist als die ausgezählte Torzeit,
und das Tor nach Ablauf eines der ausgezählten Zeitspanne ent
sprechenden Zeitraum nach dem Empfang des ersten Echoimpulses
wieder schließt, sowie eine Einrichtung zum Erfassen des zweiten
Echoimpulses, die als zweiten Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der
empfangen wird, während das Tor zum Erfassen des zweiten Echo
impulses offen ist, wobei die das Impulsintervall auszählende
Einrichtung die Zeit zwischen dem Empfang des ersten und dem Er
fassen des zweiten Echoimpulses auszählt.
Bei der vorgenannten US-Dickenmeßanordnung weist die Einrichtung
zum öffnen des Tors zur Erfassung des zweiten Echoimpulses
vorzugsweise einen Taktgenerator, der Taktimpulse für die Zeit
zählung liefert, einen Auf/Abwärtszähler, der mit dem US-Sende
impuls die Taktimpuls aufwärts zu zählen beginnt und wieder ab
wärts zählt, wenn der erste an der Werkstückunterseite reflek
tierte Echoimpuls eintrifft, eine Schaltung, die ermittelt, ob
der nach dem Abwärtszählen verbleibende Restwert der Torzeit
entspricht, und einen Zwischenspeicher auf, der das Ausgangs
signal von der Erfassung durch die Erfassungsschaltung bis herab
zu Zählwert 0 festhält, um ein Steuersignal für das Offenhalten
des Tors zu erzeugen.
Der Auf/Abwärtszähler läßt sich durch einen gewöhnlichen Zähler
ersetzen.
Das zweite Ziel der Erfindung läßt sich erreichen mit einem US-
Dickenmeßverfahren, bei dem man einen US-Impuls mit einer Sonde
über ein Verzögerungselement auf ein zu messendes Werkstück gibt
und die resultierenden Echos ermittelt, um ein Zeitintervall
zwischen den Echoimpulsen zur Messung der Werkstückdicke zu er
halten, wobei man die Zeit von der Aussendung des US-Impulses bis
zum Empfang eines ersten Echoimpulses von der Werkstückoberseite
auszählt, als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt,
der vor einer Zeit entsprechend der Hälfte der ausgezählten Zeit
nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses empfangen
wird, als zweiten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der
nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses und vor dem
Ablauf einer der ausgezählten Zeit entsprechenden Zeitspanne em
pfangen wird und nach dem Erfassen des ersten Unterseiten-Echo
impulses eingeht, und die Zeitspanne zwischen dem Erfassen des
ersten und des zweiten Unterseiten-Echoimpulses zur Bestimmung
der Werkstückdicke auszählt.
Zum Erreichen des zweiten Ziels schafft vorliegende Erfindung
weiterhin eine US-Dickenmeßanordnung mit einer Sonde mit einem
Verzögerungselement, einer US-Impuls-Sende/Empfangseinrichtung,
die einen US-Impuls über die Sonde und das Verzögerungselement
auf ein zu messendes Werkstück gibt und die Echoimpulse aus dem
Werkstück empfängt und erfaßt, und einer Einrichtung zum Aus
zählen von Impulsintervallen zum Ermitteln des Zeitintervalls
zwischen den erfaßten Impulsen zwecks Bestimmung der Werkstück
dicke aus dem Zeitintervall, die weiterhin aufweist eine erste
Einrichtung zum Setzen eines Tors zur Erfassung eines ersten
Echoimpulses, die die Zeitspanne zwischen dem Aussenden des US-
Impulses und dem Empfang eines ersten, an der Oberseite des
Werkstücks reflektierten Echoimpulses ermittelt und ein Tor zum
Erfassen des ersten Unterseiten-Echoimpulses setzt, das beim
Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf
eines Zeitintervalls von etwa der Hälfte der ausgezählten Zeit
schließt, eine Einrichtung, die die Zeitspanne zwischen dem
Aussenden des US-Impulses und dem Emfpang des ersten Oberseiten-
Echoimpulses auszählt und ein Tor zum Erfassen des zweiten
Unterseiten-Echoimpulses setzt, das beim Empfang des ersten
Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf einer der ausge
zählten entsprechenden Zeitspanne schließt, und eine Einrichtung
aufweist, die als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls
erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor zum Erfassen des ersten
Unterseiten-Echoimpulses offen ist, und als zweiten Unterseiten-
Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor
zum Erfassen des zweiten Unterseiten-Echoimpulses offen ist und
nachdem das zweite Unterseiten-Echoimpuls erfaßt worden ist und
nachdem der zweite Unterseiten-Echoimpuls erfaßt worden ist,
wobei die Einrichtung zum Auszählen des Impulsintervalls die Zeit
zwischen dem Empfang des ersten und dem Erfassen des zweiten
Echoimpulses auszählt.
Bei der vorgehenden Erfindung haben die Einrichtungen zum Setzen
des Tors zum Erfassen des ersten und des zweiten Unterseiten-
Impulsechos einen Zähler gemeinsam, der mit dem Aussenden des US-
Impulses aufwärts und beim Eingang des Oberseiten-Echoimpulses
mit doppelter Geschwindigkeit abwärts zu zählen beginnt. Die Ein
richtung zum Setzen des ersten Tors zum Erfassen des ersten Un
terseiten-Echoimpulses weist eine erste Torsteuerschaltung zur
Abgabe eines ersten Torsignals mit einer Haltezeit vom Beginn des
Abwärtszählvorgangs bis herab zum Zählwert 0 sowie eine Torschal
tung auf, die von dem Torsignal geöffnet wird. Die Einrichtung
zum Setzen des Tors zum Erfassen des zweiten Unterseiten-Echo
impulses weist eine zweite Torsteuerschaltung zur Abgabe eines
Torsignals, das anhält, bis der Zählwert zu Beginn der Ab
wärtszählung auf den Absolutwert zu Beginn der Abwärtszählung,
aber mit entgegengesetztem Vorzeichen abgenommen hat, sowie eine
Torschaltung auf, die von dem Torsignal geöffnet wird.
Obgleich der Zähler in der Anordnung mehrfach ausgenutzt wird,
lassen sich alternativ auch separate Zähler einsetzen.
Um ihr drittes Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Er
findung eine Prüfeinrichtung zur Anwendung mit einer US-Dicken
meßanordnung, bei der eine Sonde an ein zu messendes Werkstück
angesetzt wird und man die Echoimpulse zur Messung der Laufzeit
der Ultraschallimpulse im Werkstück und damit der Werkstückdicke
erfaßt. Diese Prüfeinrichtung weist einen Zwischenspeicher mit
einer Vielzahl von Speicherkreisen zur Aufnahme und Speicherung
von nach dem Aussenden des US-Pulses von der Werkstück-Unter- und
-Oberseite reflektierten Echoimpulsen in zeitlicher Reihenfolge
in entsprechenden Speicherkreisen und eine Sichteinrichtung auf,
die die Zustände der in den Speicherkreisen gespeicherten Echo
impulse anzeigt.
Als Speicherkreis kann in dieser Erfindung bspw. eine Flipflop-
Schaltung eingesetzt werden. Daher weist die oben beschriebene
Zwischenspeichereinrichtung eine Synchronisierschaltung zum Er
zeugen von Synchronisierimpulsen zur Auslösung der US-Impulse,
eine Flipflopschaltung, an deren Dateneingang die Synchronisier
impulse und an deren Takteingang der erste Echoimpuls gelegt sind
und die die Polarität beim ersten Echoimpuls invertiert und das
so invertierte Ausgangssignal hält, eine weitere Flipflopschal
tung, an deren Dateneingang das Ausgangssignal des vorerwähnten
Flipflops und liegt und die dessen Polarität mit dem zweiten
Echoimpuls ändert und hält, sowie eine dritte Flipflopschaltung
auf, an deren Dateneingang das Ausgangssignal des weiteren Flip
flops liegt und die seine Polarität mit einem dritten Echoimpuls
ändert und hält.
Diese Prüfeinrichtung kann von der US-Dickenmeßanordnung getrennt
ausgeführt oder Teil derselben sein. Im Einsatz kann diese Prüf
einrichtung an die US-Sende/Empfangseinrichtung der US-Dicken
meßeinrichtung angeschlossen sein. Alternativ kann die Prüfein
richtung die US-Sende/Empfangseinrichtung aufweisen und sie mit
einer zu prüfenden Sonde verbinden.
Teile der erfindungsgmäßes Prüfeinrichtung kann Teile - bspw. die
Synchronisierschaltung die Flipflops - können mit der US-Dicken
meßeinrichtung gemeinsam ausgeführt sein.
Anhand einer konkreten Ausführungsform soll nun die Arbeitsweise
der Erfindung bei Einsatz einer Sonde ohne Verzögerungselement
beschrieben werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Umstand, daß die
Zeitspanne vom Aussenden des US-Impulses bis zum Eintreffen des
ersten Echos B 1 im wesentlichen gleich dem zeitlichen Abstand des
ersten Echos B 1 vom zweiten Echo B 2 ist.
Erfindungsgemäß beginnt der Auf/Abwärtszähler mit dem Aussenden
des US-Impulses aufwärts zu zählen und schaltet auf Abwärtszäh
lung um, sobald der erste Echoimpuls von der Werkstück-Unterseite
erfaßt worden ist.
Der Zwischenspeicher wird in den Haltezustand gebracht, wenn der
Zählwert des Auf/Abwärtszählers einen vorbestimmten Wert nahe 0
annimmt, bzw. freigegeben, wenn der Wert 0 erreicht. Über dieses
Zeitintervall wird ein Tor gebildet, um eine Auswahl des zweiten
Unterseiten-Echoimpulses zu ermöglichen, bei der Störanteile aus
dem Empfangssignal vermieden werden können.
Das Zeitintervall t (T-B 1) nach dem Aussenden des US-Impulses bis
zum Empfang des ersten Echoimpulses B 1 enthält die Laufzeit durch
ein zum Schutz der Sonde Frontplättchen an deren vorderem Ende
und/oder durch eine Ölschicht hindurch, die als Kopplungsmittel
zwischen der Sonde und des zu messenden Werkstücks wirkt.
Die Zeitspanne t (B 1-B 2) zwischen dem ersten und dem zweiten
Echoimpuls B 1, B 2 enthält diese Laufzeit jedoch nicht, sondern
besteht nur aus der Laufzeit des US-Impulses im Werkstück hin
und herläuft. Dieser zusammenhang läßt sich wie folgt ausdrücken:
t (T-B 1) < t (B 1-B 2)
Der zweite Echoimpuls B 2 tritt also immer auf, bevor der Zählwert
im Auf/Abwärtszähler den Wert 0 erreicht und kann mit dem Tor,
wie oben beschrieben, selektiert werden.
Es soll nun anhand einer konkreteren Ausführungsform der Erfin
dung die Arbeitsweise der Erfindung bei einer US-Dickenmeßein
richtung mit einer Sonde mit Verzögerungselement erläutert
werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist eine genaue Dickenmessung
nicht gewährleistet, sofern nicht die Echoimpulse B 1, B 2 zwischen
dem ersten und dem zweiten Oberseiten-Echoimpuls (vergl. die
Kurve 15 in Fig. 11) auftreten.
Tritt bspw. der zweite Oberseiten-Echoimpuls S 2 zwischen den
Unterseiten-Echoimpulsen B 1, B 2 auf, verhindert er eine genaue
Dickenmessung. Um dieses Problem zu umgehen, beginnt der Auf
wärtszähler zur gleichen Zeit aufwärts zu zählen, wenn die Sonde
mit dem Verzögerungselement erregt worden ist, und beginnt, mit
der doppelten Geschwindigkeit abwärts zu zählen, sobald der erste
Oberseiten-Echoimpuls S 1 empfangen worden ist.
Der erste Unterseiten-Echoimpuls B 1 wird mittels eines ersten
Torsignals selektiert, das endet, wenn nach seiner Invertierung
der Zählwert im ersten Zähler den Wert 0 erreicht. Überdeckt das
erste Torsignal den ersten Unterseiten-Echoimpuls B 1 nicht, wird
der zweite Unterseiten-Echoimpuls B 2 nach dem zweiten Oberseiten-
Echoimpuls S 2 erzeugt, so daß eine Dickenmessung unter Verwendung
einer Sonde mit Verzögerungselement nicht möglich ist.
Andererseits wird der zweite Unterseiten-Echoimpuls B 2 mit dem
zweiten Torsignal selektiert, das andauert, bis nach dem Inver
tieren des ersten Zählers der Zählwert gleich einem Absolutwert,
aber mit entgegengesetztem Vorzeichen geworden ist. Da der
Schließzeitpunkt des zweiten Tors unmittelbar vor der Ankunft des
zweiten Oberseiten-Echoimpulses S 2 liegt, wird dieser vom zweiten
Torsignal nicht selektiert.
Wie oben beschrieben, läßt sich eine Dickenmessung unter Verwen
dung einer Sonde mit Verzögerungselement von Störungen durch
Mehrfachechos von der Werkstückoberseite freihalten.
Es soll nun die Arbeitsweise der Prüfeinrichtung anhand einer
konkreteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.
Erfindungsgemäß wird ein Synchronisierimpuls an den Dateneingang
eines Flipflops gelegt und sind mehrere Flipflops so kaskadiert,
daß sie ihre Ausgangssignale nacheinander an den Dateneingang des
Flipflops der jeweils folgenden Stufe legen.
In dieser Anordnung werden die Ausgangssignale der einzelnen
Flipflops in der Reihenfolge der vom Werkstück her ankommenden
Echoimpulse nacheinander invertiert und gehalten. Die mit der
Dickenmessung in Zusammenhang stehenden Echoimpulse lassen sich
also mit Hilfe der Anzeigelemente an den Ausgängen der einzelnen
Flipflops selbsttätig prüfen.
Durch diese Prüfung der Echoimpulse lassen sich die Kontaktbe
dingungen zwischen der Sonde und dem zu messenden Werkstück, der
Zustand des koppelnden Ölfilms, ein Aderbruch im Anschlußkabel
und die Dämpfung der US-Impulse im Werkstück prüfen, um eine
genaue US-Dickenmessung zu gewährleisten.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer US-Dickenmeßanordnung
nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsge
mäßen US-Dickenmeßanordnung;
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer für eine US-Dickenmeßein
richtung geeigneten Prüfeinrichtung;
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen US-Dickenmeßanordnung;
Fig. 5 ist eine Signalkurvendarstellung zur Arbeitsweise der
Anordnung der Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften herkömmlichen
US-Dickenmeßanordnung;
Fig. 7 ist eine Signalkurvendarstellung zur Arbeitsweise der
Anordnung der Fig. 6;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer weiteren erfindungsgemäßen
US-Dickenmeßanordnung;
Fig. 9 ist eine Signalkurvendarstellung zur Arbeitsweise der
Anordnung nach Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform
einer herkömmlichen US-Dickenmeßanordnung;
Fig. 11 ist eine Signalkurvendarstellung zur Arbeitsweise der
Anordnung nach Fig. 10;
Fig. 12 ist eine weitere Signalkurvendarstellung zur Arbeits
weise der herkömmlichen Anordnung nach Fig. 10;
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer
Prüfeinrichtung für eine US-Dickenmeßeinrichtung;
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
einer Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnungen;
Fig. 15 ist eine Signalkurvendarstellung zur Arbeitsweise der
erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung;
Fig. 16 ist eine erläuternde Darstellung einer herkömmlichen
Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnungen;
Fig. 17 ... 19 sind erläuternde Darstellungen anderer Ausfüh
rungsformen herkömmlicher Prüfeinrichtungen für US-
Dickenmeßanordnungen.
Es sollen nun unter bezug auf die Zeichnung Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung erläutert werden.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung als Block
schaltbild.
In der Fig. 4 ist 101 eine Synchronisierschaltung, 102 eine
Sendeschaltung und 104 eine Empfangsschaltung; gemeinsam stellen
sie die US-Sende/Empfangseinrichtung dar. 103 ist eine Sonde, die
an die Sende- und an die Empfangsschaltung 102, 104 angeschlossen
ist.
In dieser Ausführungsform der Erfindung folgen auf die Empfangs
schaltung 104 der US-Sende/Empfangseinrichtung ein erstes und ein
zweites UND-Glied 110 a bzw. 110 b, die als Torschaltungen einen
ersten bzw. einen zweiten Echoimpuls B 1, B 2 selektieren.
Diese Ausführungsform weist weiterhin ein erstes Flipflop 106 zur
Steuerung des UND-Glieds 110 a auf. Das Flipflop 106 wird mit dem
Ausgangssignal der Synchronierschaltung 101 gesetzt und mit dem
Ausgangssignal der Empfangsschaltung 104 rückgesetzt.
Weiterhin sind ein Auf/Abwärtszähler 105, dessen Zählvorgang vom
ersten Flipflop 106 als Mittel zur Steuerung des UND-Glieds 110 b
gesteuert wird, ein erster Taktgenerator 107, der erste Taktim
pulse vorbestimmter Dauer an den Auf/Abwärtszähler 105 liefert,
eine Schaltung 108, die den Zählzustand des Auf/Abwärtszählers
105 erfaßt, und eine Speicherschaltung 109 vorgesehen, die das
Ausgangssignal der Schaltung 108 als Torsteuersignal speichert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind weiterhin ein zweites
Flipflop 111, eine Einrichtung zum Erfassen des ersten und des
zweiten Echoimpulses, die vom ersten Echoimpuls gesetzt und vom
zweiten Echoimpuls rückgesetzt wird, und ein UND-Glied 113 vor
gesehen, das vom Ausgangssignal des zweiten Flipflops 111 ge
steuert (wenn dieses gesetzt ist) zweite Taktimpulse durchläßt,
ein zweiter Taktgenerator 112 zur Abgabe zweiter Taktimpulse,
eine Zählschaltung 114 zum Zählen der durch das UND-Glied 113
hindurchgeschalteten Taktimpulse, aus denen die Werkstückdicke
bestimmt wird, und eine Digitalanzeige 115 vorgesehen, die die
aus der Zählschaltung 114 gewonnenen Dickenwerte in digitaler
Form anzeigt.
Es soll nun die Arbeitsweise dieser Ausführungsform beschrieben
werden.
Die Fig. 5 zeigt Beispiele von Signalformen, wie sie in der vor
liegenden Ausführungsform auftreten. Die Kurve 1 zeigt dabei den
Synchronisierimpuls, der die Zeitlage der US-Impulse bestimmt,
die Kurve 2 den Sendeimpuls T, einen ersten Echoimpuls B 1, einen
zweiten Echoimpuls B 2 sowie ein Störsignal N aus der Empfangs-
Schaltung 104, die Kurve 3 das Ausgangssignal der ersten Flip
flopschaltung 106, die Kurve 4 die ersten Taktimpulse aus dem
ersten Taktgenerator 107, die Kurve 5 ein Beispiel für die Ar
beitsweise des Auf/Abwärtszählers 105, die Kurve 6 das Ausgangs
signal der Speicherschaltung 109 und die Kurve 7 das Meßtoraus
gangssignal des zweiten Flopflops 111.
Bei einer wie oben beschrieben ausgeführten US-Dickenmeßanordnung
ist eine Dickenmessung unter Verwendung mehrerer Echos aus dem zu
messenden Werkstück 116 von Einflüssen der Laufzeit der US-Welle
in der Sonde 113, in einer Oberflächenbeschichtung des Werkstücks
114 oder in einer als Koppelmittel verwendeten Ölschicht frei.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Dickenmes
sung unter Korrektur der Laufzeit der US-Welle zwischen der Ober-
und der Unterseite des Werkstücks entsprechend der Schallge
schwindigkeit.
Wird die Sendeschaltung 102 mit den Synchronisierimpuls (Kurve 1
aus dem Synchrongenerator 101 erregt und ein Sendeimpuls T von
der Sonde 103 an das Werkstück 116 ausgegeben, wird auch das
erste Flipflop 106 gesetzt und beginnt der Auf/Abwärtszähler 105
mit dem ersten Taktimpuls aus dem Taktgenerator 107, aufwärts zu
zählen.
Das erste Echosignal B 1, d.h. der erste Unterseiten-Echoimpuls
aus dem Werkstück 116, wird von der Sonde 103 aufgenommen, von
der Empfangsschaltung verstärkt und setzt das erste Flipflop 106
zurück, während er gleichzeitig das zweite Flipflop 111 über das
UND-Glied 110 a setzt.
Der Auf/Abwärtszähler 105 beginnt mit dem Ausgangssignal aus dem
ersten Flipflop 106, abwärts zu zählen; gleichzeitig wird das
UND-Glied 110 a gesperrt, so daß das empfangene Signal das zweite
Flipflop nicht erneut setzen kann.
Erreicht nun der abnehmende Zählwert im Auf/Abwärtszähler einen
Wert entsprechend einer vorbestimmten Breite des Torintervalls,
wird dieser Umstand von der Schaltung 108 erfaßt, deren Aus
gangssignal von einem Speicher 109 festgehalten das UND-Glied
110 b durchschaltet. Liefert die Empfangsschaltung 104 den zweiten
Unterseiten-Echoimpuls B 2, wird das zweite Flipflop 111 über das
UND-Glied 110 b rückgesetzt.
Zu dieser Zeit wird ein zwischen dem ersten und dem zweiten Echo
impuls B 1, B 2 erscheinendes Störsignal N vom UND-Glied 110 b ge
sperrt; eine Störung des zweiten Flipflops ist also verhindert.
Erreicht der Zählwert des Auf/Abwärtszählers 105 den Wert 0, wird
die Speicherschaltung 109 freigegeben und das UND-Glied 110 b ge
sperrt; danach empfangene Signale werden vom UND-Glied gesperrt.
Am Ausgang des zweiten Flipflops 111 steht ein Meßtorsignal an,
das mit dem ersten und dem zweiten Echoimpuls B 1, B 2 gebildet
ist. Es wird an das UND-Glied 113 gelegt und schaltet dort Ein
heitstaktimpulse aus dem zweiten Taktgenerator 112 durch, die die
Zählschaltung 114 zählt, um die Dicke des Werkstücks 116 zu er
mitteln; der so erhaltene Dickenwert wird von der Digitalanzeige
115 angezeigt.
Da, wie oben beschrieben, das UND-Glied 110 b infolge des Ausgangs
der Speicherschaltung 109 etwa dann öffnet, wenn der zweite
Echoimpuls B 2 erzeugt wird, werden Stör- und andere unerwünschte
Signale weitestgehend unterdrückt, um eine genaue Dickenmessung
zu gewährleisten.
Da die Störsignale im wesentlichen eliminiert werden, kann der
Verstärkungsfaktor der Empfangsschaltung hoch angesetzt werden.
Dies ist insbesondere bei schwachen Echos erwünscht.
Eine Dickenmessung unter Verwendung von Mehrfachechos wie in der
vorliegenden Ausführungsform ist von den Einflüssen einer Lauf
zeitverzögerung des US-Impulses in der Sonde oder in einer Ober
flächenbeschichtung auf dem Werkstück oder des als Koppelmittel
dienenden Ölfilms frei. So läßt sich eine genaue Dickenmessung
gewährleisten.
In der vorliegenden Ausführungsform läßt der Auf/Abwärtszähler
105 sich durch eine Integrationsschaltung oder durch eine
Analogverarbeitung unter Verwendung von Analogsignalen ersetzen.
Es soll nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung beschrieben werden.
Die Fig. 8 zeigt als Blockschaltbild eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen 201 bis 205 und 222
bis 225 bezeichnen denen der Fig. 10 entsprechende Teile.
206 ist ein erstes Flipflop zur Steuerung eines ersten Zählers
208, 207 ein erster Taktgenerator für den Zähler 208, der die
Auf/Abwärtszählung besorgt, 209 eine erste Schaltung zur Erfas
sung des Zeitpunkts, an dem der Zähler 208 den Wert 0 erreicht,
210 eine erste Torsteuerschaltung zur Lieferung eines ersten
Torsignals, das vom Beginn der Abwärtszählung des ersten Zählers
208 bis zum Erreichen des Zählwerts 0 durch denselben dauert, 211
ist eine zweite Schaltung, die einen Zählwert erfaßt, der gleich
einem Absolutwert des Zählwerts, aber mit entgegengesetztem Vor
zeichen ist, 212 eine zweite Torsteuerschaltung zur Lieferung
eines zweiten Torsignals, das vom Beginn der Abwärtszählung im
ersten Zähler 208 bis zum Erfassen durch die zweite Schaltung 211
dauert, 213 ein zweites Flipflop, das erfaßt, daß ein erster
Echoimpuls S 1 ... erreicht, 214 ein UND-Glied, das das erste
Torsignal mit dem Empfangssignal UND-verknüpft, 215 ein drittes
Flipflop zum Erfassen eines ersten Unterseiten-Echoimpulses B 1,
das dem ersten Oberseiten-Echoimpuls S 1 folgt, 216 ein UND-Glied
zur UND-Verknüpfung des zweiten Torsignals mit dem Empfangssig
nal, 217 ein viertes Flipflop zum Erfassen des zweiten Untersei
ten-Echoimpuls B 2, 218 ein UND-Glied zur Lieferung eines Meß
torimpulses, der vom ersten zum zweiten Unterseiten-Echoimpuls
B 1, B 2 dauert und durch UND-Verknüpfung des positiv-logischen
Ausgangssignals des dritten Flipflops 216 mit dem negativ-logi
schen Ausgangssignals des Flipflops 217 gewonnen wird, und 224
bezeichnet einen zweiten Zähler zur Bestimmung der Werkstück
dicke.
Eine wie oben beschrieben ausgeführte US-Dickenmeßanordnung
arbeitet wie folgt:
Fig. 9 zeigt beispielhafte Signalkurven der vorliegenden Anord
nung.
Die Kurve 1 zeigt den Synchronimpuls, der die Sendezeitpunkte des
US-Impulses festlegt, die Kurve 2 den US-Sendeimpuls T aus der
Empfangsschaltung 205, einen ersten Oberseiten-Echoimpuls S 1,
einen ersten Unterseiten-Echoimpuls B 1, einen zweiten Unter
seiten-Echoimpuls B 2 und einen zweiten Oberseiten-Echoimpuls S 2,
die Kurve 3 ein Beispiel für den Zählbetrieb des ersten Zählers
208, die Kurve 4 das Ausgangssignal des ersten Flipflops 208 zur
Steuerung des Auf/Abwärts-Zählbetriebs des ersten Zählers 208, die
Kurve 5 das Ausgangssignal des zweiten Flipflops 213, das den
Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpuls S 1 anzeigt, die Kurven
6, 7 das erste bzw. zweite Torsignal, die Kurve 8 das Ausgangs
signal des dritten Flipflops 215, das den Empfang des ersten
Unterseiten-Echoimpuls B 1 anzeigt, die Kurve 9 ein negativ
logisches Ausgangssignal des vierten Flipflops 217, das den
Empfang des zweiten Unterseiten-Echoimpuls anzeigt, die Kurve 10
das Meßtorintervall und die Kurve 11 den Zähltakt aus der UND-
Schaltung 223.
Wird ein elektrischer Impuls von der Sendeschaltung 202 mit der
zeitgabe des Synchronsignals der Kurve 1 abgegeben und die Sonde
mit Verzögerungselement erregt, wird auch das erste Flipflop 206
gesetzt und beginnt der erste Zähler 208, aufwärts zu zählen.
Erreicht der este Oberseiten-Echoimpuls S 1 die Sonde 203 mit
Verzögerungselement von der Oberfläche des zu messenden Werk
stücks 204 her, wird er von der Empfangsschaltung 205 verstärkt
und das zweite Flipflop 213 vom Ausgangssignal (Kurve 2) ge
triggert. Setzt das zweite Flipflop 213 das erste Flipflop 206
zurück (Kurve 5), beginnt der erste Zähler 208, mit doppelter
Geschwindigkeit abwärts zu zählen. Um die Zählgeschwindigkeit des
Zählers zu ändern, kann man bspw. vor dem Zähler 208 einen
Frequenzteiler 2:1 für die Taktimpulse einfügen.
Die erste Erfassungsschaltung 209 erfaßt, wenn der Zählwert im
ersten Zähler 208 den Wert 0 erreicht; das Erfassungssignal wird
auf die erste Torsteuerschaltung 210 gegeben. Die erste Tor
steuerschaltung 210 erzeugt das erste Torsignal (Kurve 6), das
vom Umschalten der Zählrichtung des ersten Zählers 208 bis zu
demjenigen Zeitpunkt dauert, wenn die erste Erfassungsschaltung
209 erfaßt, daß der erste Zähler 208 den Zählwert 0 erreicht hat.
Die zweite Erfassungsschaltung 211 ermittelt, wann der Zählwert
des ersten Zählers 208 einen Wert erreicht, der gleich dem Abso
lutwert des Zählers zu Beginn des Abwärtszählens ist, aber das
entgegengesetzte Vorzeichen hat. Dieser Vorgang wird durchge
führt, indem der Zählwert beim Umkehren der Zählrichtung des
ersten Zählers 208 zwischengespeichert und mit dem negativ
logischen Ausgangssignal des Zählwerts des ersten Zählers 208
beim Abwärtszählen verglichen wird.
Die zweite Torsteuerschaltung 212 bildet das zweite Torsignal
(Kurve 7), das vom Umkehren der Zählrichtung des Zählers 208 bis
zum Erfassen des erwähnten Zählwerts durch die Schaltung 211
dauert.
Im UND-Glied 214 wird der erste Unterseiten-Echoimpuls B 1 durch
UND-Verknüpfen des ersten Torsignals mit dem Empfangssignal
selektiert. Das dritte Flipflop 215 gibt ein Signal (Kurve 8) ab,
das den Empfang des ersten Unterseiten-Echoimpulses B 1 anzeigt.
Die UND-Schaltung 216 selektiert weiterhin nacheinander die vom
zu messenden Werkstück 204 kommenden verschiedenen Echoimpulse
wie bspw. den ersten und den zweiten Unterseiten-Echoimpuls B 1,
B 2 durch UND-Verknüpfung des zweiten Torsignals mit dem Empfangs
signal.
Da kein Signal am positiv-logischen Ausgang des dritten Flipflops
215 erscheint, wenn der erste Unterseiten-Echoimpuls B 1 ankommt,
kippt das vierte Flipflop 217 nicht; dies geschieht erst (Kurve
9), wenn der zweite Unterseiten-Echoimpuls B 2 eintrifft. Das UND-
Glied 218 gibt das vom ersten zum zweiten Unterseiten-Echosignal
B 1, B 2 dauernde Meßtorsignal (Kurve 10) ab, das durch UND-Ver
knüpfung des positiv-logischen Ausgangssignals des dritten Flip
flops 215 mit dem negativ-logischen Ausgangssignal des vierten
Flipflops 217 gewonnen wird.
Das UND-Glied 223 verknüpft das Meßtorsignal (Kurve 10) mit dem
Taktsignal aus dem zweiten Taktgenerator 222 (Kurve 11). Die vom
zweiten Zähler 224 gezählte Impulsanzahl entspricht der Dicke des
zu messenden Werkstücks 204.
In der vorliegende Ausführungsform beginnt der erste Zähler 208
mit dem Aufwärtszählen, wenn der US-Impuls von der Sonde mit
Verzögerungselement abgegeben wird, und beginnt mit dem Abwärts
zählen mit doppelter Geschwindigkeit, wenn der erste Oberseiten-
Echoimpuls S 1 vom Werkstück 204 kommend erfaßt wird. Das erste
Torsignal mit einer Haltezeit vom Beginn des Abwärtszählens bis
zum Erreichen eines Zählwertes nahe 0 dient dazu, den ersten
Unterseiten-Echoimpuls B 1 zu selektieren. Der auf den ersten
folgende zweite Unterseiten-Echoimpuls B 2 wird von der zweiten
Torsteuerschaltung 212 erfaßt. Auf diese Weise wird selbsttätig
ein Meßtorsignal erzeugt, das vom ersten zum zweiten Unterseiten-
Echosignal B 1, B 2 dauert.
Ändert sich die Länge oder die Schallgeschwindigkeit des Verzöge
rungselements an der Sonde 203, ändern sich die Zeitverhältnisse
bei der Erfassung des ersten Oberseiten-Echoimpulses S 1 und damit
auch der Zählwert bei der Zählrichtungsumkehr des Zählers 208.
Die Position oder Breite des ersten und des zweiten Torsignals
werden jedoch selbsttätig auf optimale Werte eingestellt.
Es können also die durch die Oberseiten-Echoimpulse S 1, S 2 er
zeugten Störungen immer eliminiert werden, so daß man eine
stabile Dickenmessung erhält.
Das zweite Torsignal kann alternativ vom Beginn der Abwärtszäh
lung des ersten Zählers 208 bis zu einem Zeitpunkt unmittelbar
vor dem Erreichen eines Zählwerts gleich dem zu Beginn des Ab
wärtszählens, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, dauern; man
erhält dann den gleichen Effekt.
Der erste Zähler 208 kann durch eine analoge Signalverarbeitung
wie bspw. einen Integrator ersetzt werden.
Die Anordnung dieser Ausführungsform läßt sich für die Messung in
Wasser verwenden, bei der das Werkstück 204 in Wasser getaucht
wird und der Abstand zwischen der Sonde und dem Werkstück 204
sich ändert. In diesem Fall kann das Torsignal die Echoimpulse
vom zu messenden Werkstück 204 selektiv empfangen, und man erhält
genaue Dickenmessungen.
Es soll nun eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsge
mäßen Prüfeinrichtung für eine US-Dickenmeßanordnung unter Bezug
auf die Fig. 13-15 erläutert werden.
In der Figur ist 302 b eine Sonde ähnlich der in der oben be
schriebenen herkömmlichen Anordnung. 301 ist eine Synchronisier
schaltung zur Erzeugung eines Synchronimpulses, der die Zeit
punkte für das Aussenden der US-Impulse T bestimmt, 303 ein
erstes Flipflop, das ansprechend auf den Synchronimpuls und einen
ersten Echoimpuls vom zu messenden Werkstück 313 kommend hält,
304 ein zweites Flipflop, das seinen Ausgang ansprechend auf das
Ausgangssignal des ersten Flipflops 303 und auf einen zweiten
Echoimpuls vom Werkstück 313 hält, und 305 ein drittes Flipflop,
das seinen Ausgang ansprechend auf das Ausgangssignal des zweiten
Flipflops 304 und einen dritten Echoimpuls vom Werkstück 313
hält. Die Bezugszeichen 306 a, 306 b und 306 c bezeichnen eine
erste, zweite bzw. dritte Anzeige für die Ausgänge der jeweiligen
Flipflops.
Bei der oben beschriebenen Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßan
ordnungen erfolgt eine Dickenmessung durch Mehrfachreflexion
unter Verwendung der Sonde 302 b mit Verzögerungselement wie
folgt:
Werden zum Zeitpunkt der Messung aus der Synchronisierschaltung
301 ein Synchronimpuls mit H-Pegel an den Dateneingang D 1 und der
erste Echoimpuls S 1 von der Oberseite des zu messenden Werkstücks
313 an den Takteingang C 1 des Flipflops 303 gelegt, wird das
Ausgangssignal an Q 1 durch den Echoimpuls S 1 invertiert und
gehalten, auch wenn das Eingangssignal an D 1 sich ändert. Das
Ausgangssignal Q 1 wird mit der ersten Anzeige 306 a angezeigt, was
bedeutet, daß der erste Echoimpuls B 1 mit der erforderlichen Am
plitude empfangen worden ist.
Damit steht also fest, daß die US-Sendeschaltung, das Sondenan
schlußkabel, die Sonde selbst usw. normal arbeiten.
Werden das H-Signal vom Ausgangs Q 1 des ersten Flipflops 303 an
den Eingang D 2 des zweiten Flipflops 304 und der zweite Unter
seiten-Echoimpuls B 1 vom Werkstück 313 kommend an den Eingang C 2
gelegt, invertiert der Ausgang Q 2 und hält sich. Das Ausgangs
signal Q 2 wird von der zweiten Anzeige 603 b angezeigt, was
bedeutet, daß der zweite Echoimpuls B 1 mit der erforderlichen
Amplitude empfangen worden ist.
Leuchtet die zweite Anzeige 602 nicht, ist zu schließen, daß ein
Fehler hinsichtlich der Kontaktbedingungen des Sonde, des
koppelnden Ölfilms oder der Dämpfung der US-Impulse im zu
messenden Werkstück vorliegt.
Werden das Ausgangssignal Q 2 mit H-Pegel vom zweiten Flipflop 304
auf den Eingang D 3 des dritten Flipflops 305 und der zweite Un
terseiten-Echoimpuls bzw. der dritte Echoimpuls B 2 an den Eingang
C 3 gelegt, invertiert der Ausgang Q 3 und wird auf H-Pegel gehal
ten. Dieses Ausgangssignal Q 3 wird von der Anzeige 603 c angezeigt,
was bedeutet, daß der dritte Echoimpuls B 2 mit der vorbestimmten
Amplitude empfangen worden ist.
Es ist also bestätigt worden, daß bei leuchtender Anzeige bei der
Messung kein Problem mit einer Dämpfung der US-Welle aufgetreten
ist.
Wie beschrieben, werden bei der Dickenmessung mit einer Sonde
302 b mit Verzögerungselement der erste, zweite und dritte
Echoimpuls S 1, B 1 bzw. B 2 separat anhand der Ausgangssignale Q 1,
Q 2, Q 3 des ersten, zweiten und dritten Flipflops 303, 304, 305
erfaßt und angezeigt, um zu gewährleisten, daß die für die
Dickenmessung ausgenutzten Echoimpulse mit ausreichender Ampli
tude eintreffen.
Die Fig. 14 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung für US-Dickenmeßanordnun
gen, bei der zur Dickenmessung des Werkstücks 313 eine Doppel
sonde 302 a dient.
In der Figur entsprechen die Bezusgzeichen 301, 303, 304, 305,
306 a, 306 b und 306 c den für die oben beschriebene Prüfeinrichtung
verwendeten und die Bezugszeichen 312 a, 312 b entsprechen den bei
der herkömmlichen Prüfeinrichtung benutzten. 308 ist eine Schalt
einrichtung am Eingang C 2 des zweiten Flipflops 304. Der erste
Echoimpuls S 1 von der Oberseite des Werkstücks 313, den der
Sender 312 a aufnimmt, wird von der ersten Anzeige 306 a wie bei
der ersten Form der Prüfeinrichtung angezeigt.
Das H-Signal am Ausgang Q 1 des ersten Flipflops 303 geht auf den
Eingang D 2 des zweiten Flipflops 304, um die Schalteinrichtung
308 zu öffnen. Der zweite Unterseiten-Echoimpuls B 1 wird vom US-
Empfänger 312 b aufgenommen und auf den Vorsetzeingang P 2 gege
ben. Der Ausgang Q 2 invertiert durch den zweiten Echoimpuls B 1;
der invertierte Ausgang wird von der zweiten Anzeige 306 b ange
zeigt.
Der Ausgang Q 2 des zweiten Flipflops 304 geht auf das dritte
Flipflop 305, nicht aber der dritte Echoimpuls, da die Doppel
sonde 302 a (getrennte Sende- und Empfangswandler) Anwendung
findet. Die dritte Anzeige wird daher nicht betätigt.
Leuchtet bei Dickenmessungen mit der Doppelsonde 312 a die dritte
Anzeige 306 a nicht, besteht die Möglichkeit, daß die Ausgangs
leistung zu niedrig ist oder das Anschlußkabel für den US-Sender
312 a sich gelöst hat. Leuchtet die erste Anzeige 306 a, nicht aber
die zweite Anzeige 306 b, kann ein Problem hinsichtlich der Däm
pfung der US-Welle im Werkstück 313 oder des Anschlusses des US-
Empfängers 312 b vorliegen.
Fig. 15 zeigt Beispiele der Arbeitssignale, wie sie in einer
erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung auftreten.
Die Kurve 1 zeigt den Synchronimpuls, die Kurve 2 den vom US-
Sender 312 a zur Dickenmessung mit der Doppelsonde empfangenen
Echoimpuls, die Kurve 3 den vom US-Empfänger aufgenommenen Echo
impuls, die Kurve 4 das Signal am Ausgang Q 1 des ersten Flipflops
303 und die Kurve 5 das Signal am Ausgang Q 2 des zweiten Flip
flops 304. Die Kurve 6 zeigt die zur Dickenmessung mit einer
Einfachsonde nach einem Einsondenverfahren verwendeten Echoim
pulse, die Kurve 7 das Signal am Ausgang Q 1 des ersten Flipflops
303, die Kurve 8 die zur Dickenmessung nach dem Einsondenverfah
ren verwenden Echoimpulse, die Kurve 9 das Signal am Ausgang Q 1
des ersten Flipflops 303, die Kurve 10 das Signal Q 2 am Ausgang
des zweiten Flipflops 304, die Kurve 11 die für die Dickenmessung
mit einer Sonde mit Verzögerungselement verwendeten Echoimpulse,
die Kurve 12 das Signal am Ausgang Q 1 des ersten Flipflops 303,
die Kurve 13 das Signal am Ausgang Q 2 des zweiten Flipflops 304
und die Kurve 14 das Signal am Ausgang Q 3 des Flipflops 305.
Wie oben beschrieben, sind die Flipflops kaskadiert und werden
der Synchronimpuls an den Eingang D 1 des Flipflops 303 und die
Echoimpulse an die Eingänge C der Flipflops gelegt; die Flipflops
kippen daher beim Eintreffen der Echoimpulse nacheinander.
Der Zusammenhang zwischen der Art der Dickenmessung und der Anzei
ge, die aufleuchtet, wenn die Echoimpulse einwandfrei ankommen,
läßt sich wie folgt zusammenfassen:
Nach diesen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Prüfeinrich
tung können die Flipflopstufen ansprechend auf vorbestimmte Echo
impulse eine Anzeige liefern. Die Schaltungsanordnung ist einfach
aufgebaut und erfordert keinen speziellen Abgleich, auch wenn die
Dicke oder Schallgeschwindigkeit des zu messenden Werkstücks 313
variiert oder die Meßsonde oder das Meßverfahren gewechselt wer
den. Es lassen sich daher die für die Dickenprüfung zu verwen
denden Echoimpulse prüfen und die Prüfergebnisse separat und
selbsttätig anzeigen.
Insbesondere lassen sich der Kontaktzustand zwischen der Sonde
302 und dem zu messenden Werkstück 313, eine Beeinträchtigung der
akustischen Kopplung durch die Oberflächenrauhigkeit des Werk
stücks 313 oder einen unzureichenden Kopplungsfilm, ein Absinken
der US-Leistung und Funktionsfehler der Dickenmeßanordnung
separat prüfen. Wird die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung mit
einer US-Dickenmeßanordnung zusammen benutzt, läßt die Zuver
lässigkeit der letzteren sich erheblich erhöhen, so daß man eine
verbesserte Meßgenauigkeit erhält.
Claims (7)
1. Verfahren zur Ultraschall-Dickenmessung, bei dem ein US-
Impuls von einer Sonde auf ein zu messendes Werkstück übertragen
wird und man die dabei entstehenden Echoimpulse erfaßt und den
zeitlichen Abstand zwischen ihnen ermittelt, aus dem sich die
Dicke des Werkstücks bestimmen läßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Zeitspanne vom Aussenden des US-Impulses bis zum Empfang eines ersten Echoimpulses von der Unterseite des zu messenden Werkstücks her auszählt,
einen innerhalb eines voreingestellten Zeitintervalls nach dem Empfang des ersten Echoimpulses bis unmittelbar vor Ablauf eines dem ausgezählten entsprechenden Zeitintervalls empfangenen Impuls als zweiten Echoimpuls erfaßt und
das Zeitintervall zwischen dem Empfang des ersten und des zweiten Echoimpulses auszählt, um die Dicke des Werkstücks zu ermitteln.
man die Zeitspanne vom Aussenden des US-Impulses bis zum Empfang eines ersten Echoimpulses von der Unterseite des zu messenden Werkstücks her auszählt,
einen innerhalb eines voreingestellten Zeitintervalls nach dem Empfang des ersten Echoimpulses bis unmittelbar vor Ablauf eines dem ausgezählten entsprechenden Zeitintervalls empfangenen Impuls als zweiten Echoimpuls erfaßt und
das Zeitintervall zwischen dem Empfang des ersten und des zweiten Echoimpulses auszählt, um die Dicke des Werkstücks zu ermitteln.
2. Ultraschall-Dickenmeßanordnung mit einer Sonde, einer US-
Impuls-Sende/Empfangseinrichtung zum Einspeisen eines US-Impulses
in ein zu messendes Werkstück und Empfangen und Erfassen der
Echoimpulse am Werkstück und einer Zähleinrichtung zum Auszählen
von Zeitintervallen zwischen den erfaßten Impulsen zwecks
Dickenbestimmung des Werkstücks aus dem erhaltenen Zeitintervall,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum Setzen der Torzeit zum Erfassen eines zweiten Echoimpulses, die die Zeit zwischen dem Aussenden des US- Impulses und dem Empfang eines von der Unterseite des Werkstücks kommenden ersten Echoimpulses auszählt und ein Tor zur Erfassung eines zweiten Echoimpulses öffnet, wenn nach dem Empfang des ersten Echoimpulses eine Zeitspanne abgelaufen ist, die um eine vorbestimmte Breite des Torintervalls kürzer ist als die ausge zahlte Torzeit, und das Tor nach Ablauf eines der ausgezählten Zeitspanne entsprechenden Zeitraums nach dem Empfang des ersten Echoimpulses wieder schließt, sowie
eine Einrichtung zum Erfassen des zweiten Echoimpulses, die als zweiten Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, während das Tor zum Erfassen des zweiten Echoimpulses offen ist,
wobei die das Impulsintervall auszählende Einrichtung die Zeit zwischen dem Empfang des ersten und dem Erfassen des zweiten Echoimpulses auszählt.
eine Einrichtung zum Setzen der Torzeit zum Erfassen eines zweiten Echoimpulses, die die Zeit zwischen dem Aussenden des US- Impulses und dem Empfang eines von der Unterseite des Werkstücks kommenden ersten Echoimpulses auszählt und ein Tor zur Erfassung eines zweiten Echoimpulses öffnet, wenn nach dem Empfang des ersten Echoimpulses eine Zeitspanne abgelaufen ist, die um eine vorbestimmte Breite des Torintervalls kürzer ist als die ausge zahlte Torzeit, und das Tor nach Ablauf eines der ausgezählten Zeitspanne entsprechenden Zeitraums nach dem Empfang des ersten Echoimpulses wieder schließt, sowie
eine Einrichtung zum Erfassen des zweiten Echoimpulses, die als zweiten Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, während das Tor zum Erfassen des zweiten Echoimpulses offen ist,
wobei die das Impulsintervall auszählende Einrichtung die Zeit zwischen dem Empfang des ersten und dem Erfassen des zweiten Echoimpulses auszählt.
3. Ultraschall-Dickenmeßverfahren, bei dem man einen US-Impuls
mit einer Sonde über ein Verzögerungselement auf ein zu messendes
Werkstück gibt und die resultierenden Echos erfaßt, um den zeit
lichen Abstand zwischen Echoimpulsen zur Messung der Werkstück
dicke zu erhalten,
dadurch gekennzeichnet, daß man
die Zeit von der Aussendung des US-Impulses bis zum Empfang eines ersten Echoimpulses von der Werkstückoberseite auszählt, als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der vor einer Zeit entsprechend der Hälfte der ausgezählten Zeit nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses empfangen wird,
als zweiten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses und vor dem Ablauf einer der ausgezählten Zeit entsprechenden Zeitspanne em pfangen wird und nach dem Erfassen des ersten Unterseiten-Echo impulses eingeht,
und die Zeitspanne zwischen dem Erfassen des ersten und des zweiten Unterseiten-Echoimpulses zur Bestimmung der Werkstück dicke auszählt.
die Zeit von der Aussendung des US-Impulses bis zum Empfang eines ersten Echoimpulses von der Werkstückoberseite auszählt, als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der vor einer Zeit entsprechend der Hälfte der ausgezählten Zeit nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses empfangen wird,
als zweiten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der nach dem Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses und vor dem Ablauf einer der ausgezählten Zeit entsprechenden Zeitspanne em pfangen wird und nach dem Erfassen des ersten Unterseiten-Echo impulses eingeht,
und die Zeitspanne zwischen dem Erfassen des ersten und des zweiten Unterseiten-Echoimpulses zur Bestimmung der Werkstück dicke auszählt.
4. Ultraschall-Dickenmeßanordnung mit einer Sonde mit Verzöge
rungselement, einer US-Impuls-Sende/Empfangseinrichtung zum
Einspeisen eines US-Impulses in ein zu messendes Werkstück
mittels der Sonde mit Verzögerungselement und zum Empfangen und
Erfassen der Echoimpulse am Werkstück, und mit einer Zählein
richtung zum Auszählen von Zeitintervallen zwischen den erfaßten
Impulsen zwecks Dickenbestimmung des Werkstücks aus dem erhal
tenen zeitlichen Abstand,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum Setzen der Torzeit zum Erfassen eines zweiten Echoimpulses, die die Zeit zwischen dem Aussenden des US- Impulses und dem Empfang eines von der Unterseite des Werkstücks kommenden ersten Echoimpulses auszählt und ein Tor zur Erfassung eines ersten Echoimpulses setzt, das beim Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf einer Zeitspanne von etwa der Hälfte des ausgezählten Zeitintervalls schließt,
eine Einrichtung zum Setzen eines Tors zum Erfassen eines zweiten Unterseiten-Echoimpulses, die den zeitlichen Abstand zwischen dem Aussenden des US-Impulses und dem Empfang des ersten Echoimpulses von der Oberseite des Werkstücks her auszählt und ein Tor zum erfassen eines zweiten Unterseiten-Echoimpulses setzt, das beim Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf eines der ausgezählten Zeit entsprechenden Zeit intervalls schließt, und
eine Einrichtung zum Erfassen des Unterseiten-Echoimpulses, die als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor zum Erfassen des ersten Unterseiten- Echoimpulses offen ist und als zweiten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor zum Erfas sen des zweiten Unterseiten-Echoimpulses offen ist und nachdem der zweite Unterseiten-Echoimpuls erfaßt worden ist,
wobei die das Impulsintervall auszählende Einrichtung die Zeit zwischen dem Empfang des ersten und dem Erfassen des zweiten Echoimpulses auszählt.
eine Einrichtung zum Setzen der Torzeit zum Erfassen eines zweiten Echoimpulses, die die Zeit zwischen dem Aussenden des US- Impulses und dem Empfang eines von der Unterseite des Werkstücks kommenden ersten Echoimpulses auszählt und ein Tor zur Erfassung eines ersten Echoimpulses setzt, das beim Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf einer Zeitspanne von etwa der Hälfte des ausgezählten Zeitintervalls schließt,
eine Einrichtung zum Setzen eines Tors zum Erfassen eines zweiten Unterseiten-Echoimpulses, die den zeitlichen Abstand zwischen dem Aussenden des US-Impulses und dem Empfang des ersten Echoimpulses von der Oberseite des Werkstücks her auszählt und ein Tor zum erfassen eines zweiten Unterseiten-Echoimpulses setzt, das beim Empfang des ersten Oberseiten-Echoimpulses öffnet und nach Ablauf eines der ausgezählten Zeit entsprechenden Zeit intervalls schließt, und
eine Einrichtung zum Erfassen des Unterseiten-Echoimpulses, die als ersten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor zum Erfassen des ersten Unterseiten- Echoimpulses offen ist und als zweiten Unterseiten-Echoimpuls einen Impuls erfaßt, der empfangen wird, wenn das Tor zum Erfas sen des zweiten Unterseiten-Echoimpulses offen ist und nachdem der zweite Unterseiten-Echoimpuls erfaßt worden ist,
wobei die das Impulsintervall auszählende Einrichtung die Zeit zwischen dem Empfang des ersten und dem Erfassen des zweiten Echoimpulses auszählt.
5. Prüfeinrichtung zur Anwendung mit einer US-Dickenmeßanord
nung, bei der eine Sonde an ein zu messendes Werkstück angesetzt
wird, um einen US-Impuls auszusenden, und man die Echoimpulse zur
Messung des Laufzeit der Ultraschallimpulse im Werkstück und
damit der Werkstückdicke erfaßt,
gekennzeichnet durch
einen Zwischenspeicher mit einer Vielzahl von Speicher stufen zum Speichern und Halten von nach dem Aussenden des US- Pulses von der Werkstück-Unter- und -Oberseite reflektierten Echoimpulsen in zeitlicher Reihenfolge in entsprechenden Spei cherstufen und
eine Anzeigeeinrichtung, die die Zustände der in den Speicherkreisen gespeicherten und gehaltenen Echoimpulse anzeigt.
einen Zwischenspeicher mit einer Vielzahl von Speicher stufen zum Speichern und Halten von nach dem Aussenden des US- Pulses von der Werkstück-Unter- und -Oberseite reflektierten Echoimpulsen in zeitlicher Reihenfolge in entsprechenden Spei cherstufen und
eine Anzeigeeinrichtung, die die Zustände der in den Speicherkreisen gespeicherten und gehaltenen Echoimpulse anzeigt.
6. Ultraschall-Dickenmeßanordnung nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zum Öffnen des Tors zur Erfassung des
zweiten Echoimpulses einen Taktgenerator, der Taktimpulse für die
Zeitzählung liefert, einen Auf/Abwärtszähler, der mit dem US-
Sendeimpuls die Taktimpuls aufwärts zu zählen beginnt und wieder
abwärts zählt, wenn der erste an der Werkstückunterseite reflek
tierte Echoimpuls eintrifft, eine Schaltung, die ermittelt, ob
der nach dem Abwärtszählen verbleibende Restwert der Breite des
Torintervalls entspricht, und einen Zwischenspeicher auf, der das
Ausgangssignal von der Erfassung durch die Erfassungsschaltung ab
bis herab bis zum Erreichen des Zählwerts 0 festhält, um ein
Steuersignal für das Offenhalten des Tors zu erzeugen.
7. Ultraschall-Dickenmeßanordnung nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen
zum Setzen der Tore zum Erfassen des ersten und des zweiten
Unterseiten-Echoimpulses einen Zähler gemeinsam aufweisen, der
mit dem Aussenden des US-Impulses aufwärts zu zählen beginnt und
mit doppelter Geschwindigkeit abwärts zählt, wenn der Oberseiten-
Echoimpuls eintrifft, daß weiterhin die Einrichtung zum Setzen
des Tors zum Erfassen des ersten Unterseiten-Echoimpulses eine
erste Torsteuerschaltung, die ein Torsignal mit einer Haltezeit
vom Beginn des Abwärtszählens bis zum Zählwert 0 hinab liefert,
und eine vom Torsignal geöffnete Torschaltung aufweist, und daß
die Einrichtung zum Setzen des Tors zum Erfassen des zweiten
Unterseiten-Echoimpulses eine zweite Torsteuerschaltung, die ein
Torsignal liefert, bis der Zähler vom Anfangswert beim Beginn des
Abwärtszählens auf einen Wert herabgezählt hat, der dem Anfangs
wert beim Beginn des Abwärtszählens, aber mit entgegengesetztem
Vorzeichen entspricht, sowie eine von diesem Torsignal geöffnete
Torschaltung aufweist.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2168288A JP2750120B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 超音波厚さ測定装置 |
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JP1406388U JPH0518647Y2 (de) | 1988-02-04 | 1988-02-04 |
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DE3903396A1 true DE3903396A1 (de) | 1989-08-10 |
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