DE4305064C1 - Non-destructive testing system, e.g. for turbine blade - uses laser beams to stimulate ultrasonic surface waves at spaced points for simultaneous measurement of different characteristics - Google Patents

Non-destructive testing system, e.g. for turbine blade - uses laser beams to stimulate ultrasonic surface waves at spaced points for simultaneous measurement of different characteristics

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DE4305064C1 DE19934305064 DE4305064A DE4305064C1 DE 4305064 C1 DE4305064 C1 DE 4305064C1 DE 19934305064 DE19934305064 DE 19934305064 DE 4305064 A DE4305064 A DE 4305064A DE 4305064 C1 DE4305064 C1 DE 4305064C1
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Abstract

The testing system uses the measured propagation velocity of ultrasonic surface waves with several frequencies obtained by thermoplastic stimulation using laser beams at spaced points. An ultrasound surface wave receiver (4) is mechanically, acoustically, electromagnetically or optically coupled to test piece surface(13). A cross-correlation function for the 2 ultrasonic surface wave pulses is used to determine the propagation time and the ultrasonic velocity, evaluated via a correlation technique to determine the required characteristic values. USE/ADVANTAGE - For non-destructive testing of physical characteristics of surface modified material, e.g. for turbine blade.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit der gleichzeitig zerstörungsfrei mehrere Kennwerte von ober­ flächenmodifizierten Werkstoffen charakterisiert werden können. Anwendung findet dieses Verfahren und diese Vorrichtung z. B. an oberflächenmodifizierten Bauteilen des Maschinen-, Anlagen- und Apparatebaus. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung z. B. an­ wendbar bei der Bestimmung der Einhärtetiefe und der Oberflächen­ härte von randschichtgehärteten, kompliziert geformten und großen Bauteilen, wie z. B. von Turbinenschaufeln.The invention relates to the field of non-destructive Materials testing and relates to a method and a device with which several characteristic values from upper surface-modified materials can be characterized. This method and this device are used for. B. on surface-modified components of the machine, plant and Apparatus engineering. The invention is particularly advantageous for. B. on reversible in determining the hardness depth and the surfaces hardness of surface hardened, intricately shaped and large Components such as B. of turbine blades.

Alle oberflächenmodifizierten Werkstoffe weisen das Phänomen der Dispersion von Oberflächenwellen auf. Das läßt sich nutzen für die Charakterisierung von physikalischen Eigenschaften oberflä­ chenmodifizierter Werkstoffe. All surface modified materials exhibit the phenomenon of Dispersion of surface waves. That can be used for the characterization of physical properties Chen-modified materials.  

So ist z. B. zur zerstörungsfreien Bestimmung von Härtetiefe und oberflächennaher Härte von oberflächenmodifizierten Werkstoffen ein Verfahren und eine Vorrichtung aus der EP 0471239 C2 bekannt, welche die Dispersion von Ultraschall-Oberflächenwellen ausnutzen.So z. B. for non-destructive determination of hardness depth and near-surface hardness of surface-modified materials a method and a device known from EP 0471239 C2, the dispersion of ultrasonic surface waves.

Dazu werden durch Laserimpulse auf thermoelastische Weise gleich­ zeitig zwei Ultraschall-Oberflächenwellenimpulse angeregt, indem der Laserstrahl in einem Prüfkopf in zwei räumlich getrennte Teilstrahlen etwa gleicher Intensität aufgespalten wird. Dabei kann der ungeteilte Laserstrahl auch in einem Lichtleiter zum Prüfkopf geführt werden. Beide Teilstrahlen werden mit je einer Zylinderlinse auf die Bauteiloberfläche fokussiert, wobei der Abstand L zwischen beiden Brennlinien durch Verschiebung des Strahlteilers oder nachfolgender optischer Elemente entlang der optischen Achse auf ein von der Bauteilgeometrie, der Frequenz der Ultraschalloberflächenwelle und ihrer Dämpfung abhängiges Maß eingestellt und für nachfolgende Messungen konstant gehalten wird. In der Verlängerung der Verbindungslinie der beiden Brenn­ linien wird separat ein piezoelektrischer Wandler auf der Prüf­ lingsoberfläche aufgesetzt, mit welchem die beiden Oberflächen­ wellenimpulse empfangen werden. Der ultraschallmäßig wirksame Abstand L zwischen den beiden Brennlinien wird durch Messung der Laufzeitdifferenz Δt′ der thermo-elastisch angeregten Ultra­ schallimpulse bei einem Material mit bekannter Ausbreitungsge­ schwindigkeit co der Ultraschall-Oberflächenwellen nach L = co·Δt′ bestimmt. Damit kann durch Messung der Laufzeitdifferenz der beiden Ultraschallimpulse am Bauteil dessen Oberflächenwellenaus­ breitungsgeschwindigkeit nach c = L/Δt sehr genau ermittelt werden.For this purpose, two ultrasonic surface wave pulses are simultaneously excited by laser pulses in a thermoelastic manner, by splitting the laser beam in a test head into two spatially separated partial beams of approximately the same intensity. The undivided laser beam can also be guided to the test head in an optical fiber. Both partial beams are focused on the component surface with a cylindrical lens, the distance L between the two focal lines being adjusted by moving the beam splitter or subsequent optical elements along the optical axis to a dimension dependent on the component geometry, the frequency of the ultrasonic surface wave and its damping, and for subsequent ones Measurements is kept constant. In the extension of the connecting line of the two focal lines, a piezoelectric transducer is placed separately on the test object surface, with which the two surface wave pulses are received. The ultrasound effective distance L between the two focal lines is determined by measuring the transit time difference .DELTA.t 'of the thermo-elastically excited ultrasonic pulses for a material with known propagation speed c o of the ultrasonic surface waves according to L = c o .DELTA.t'. Thus, by measuring the transit time difference of the two ultrasonic pulses on the component, the surface wave propagation speed can be determined very precisely according to c = L / Δt.

Am ungehärteten Vergleichsmaterial wird die Oberflächenwellenaus­ breitungsgeschwindigkeit c1 bestimmt. Über ein Nomogramm co-c1 = f(Schichtdicke) ergibt sich die Einhärtungstiefe.The surface wave propagation velocity c 1 is determined on the uncured reference material. The hardening depth results from a nomogram c o -c 1 = f (layer thickness).

Soll mit der gleichen Vorrichtung die Oberflächenhärte gemessen werden, muß der separat angebrachte Ultraschallwandler ausgewech­ selt werden. Die Messung bei einer deutlich höheren Frequenz ergibt die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c2, woraus mit Hilfe eines Nomogrammes co-c2 = f(HV0,05) die oberflächennahe Härte bestimmt wird.If the surface hardness is to be measured with the same device, the separately attached ultrasonic transducer must be replaced. The measurement at a significantly higher frequency gives the sound propagation velocity c 2 , from which the hardness close to the surface is determined with the aid of a nomogram c o -c 2 = f (HV 0.05 ).

In einer Ausführungsvariante der Vorrichtung wird der Laserstrahl in einer Lichtleiterfaser zum Prüfkopf geführt. Im Prüfkopf befinden sich weiterhin Elemente zur Einstellung des ultraschall­ mäßigen Abstandes der beiden Brennlinien, wie auch zur Einstel­ lung der Brennlinien der Laserstrahlen auf die Oberfläche des Bauteils.In one embodiment variant of the device, the laser beam led to the test head in an optical fiber. In the test head there are still elements for adjusting the ultrasound moderate distance between the two focal lines, as well as to the setting the focal lines of the laser beams on the surface of the Component.

Der Mangel des Verfahrens besteht darin, daß die Messung von Härte und Einhärtungstiefe nicht gleichzeitig erfolgen kann, da der Ultraschallwandler ausgewechselt werden muß. Die Ursache des Mangels liegt darin, daß die Messung der Schallgeschwindigkeit nach diesem Verfahren nur bei einer Prüffrequenz vorgenommen werden kann, die durch die Mittenfrequenz der Übertragungscharak­ teristik des Empfängerwandlers festgelegt wird. Um die Prüffre­ quenz zu ändern, muß der Wandler ausgetauscht werden. Außerdem macht der Austausch der Wandler eine Neujustierung des Ultra­ schallwandlers in Bezug zur Meßlänge zwischen den beiden Brennli­ nien der Laserstrahlen erforderlich.The lack of the method is that the measurement of Hardness and depth of hardening cannot take place at the same time because the ultrasonic transducer must be replaced. The cause of the Lack is that the measurement of the speed of sound made using this procedure only at a test frequency can be determined by the center frequency of the transmission char teristics of the receiver converter. To the exam  To change the frequency, the converter must be replaced. Furthermore the exchange of the transducers makes a readjustment of the Ultra sound transducer in relation to the measuring length between the two Brennli Laser beams are not required.

Der Mangel der Vorrichtung besteht darin, daß der Prüfkopf zu unhandlich und zu kompliziert aufgebaut ist, zuviele empfindliche Einstellelemente vorhanden sind, die Lage der beiden Fokuslinien zur Bauteiloberfläche nicht konstruktiv festgelegt ist und damit auch die leichte und reproduzierbare Anbringung des Ultraschall­ wandlers in einem definierten Abstand erschwert wird. Dadurch ist die Vorrichtung für eine transportable Meßeinrichtung zu empfind­ lich und zu aufwendig.The lack of the device is that the probe is too unwieldy and too complicated, too many sensitive Adjustment elements are available, the location of the two focus lines to the component surface is not structurally determined and therefore also the easy and reproducible application of the ultrasound transducer at a defined distance is difficult. This is to feel the device for a portable measuring device Lich and too expensive.

Zur gleichzeitigen Messung der Schallgeschwindigkeit bei mehreren Prüffrequenzen ohne die Notwendigkeit zum Austausch der Ultra­ schall-Wandler ist ein Verfahren aus der US 50 35 144 bekannt, bei dem entweder ein erzeugtes Ultraschall-Signal an zwei unterschiedlichen Orten mit zwei breitbandigen Wandlern empfangen wird oder zwei Signale zeitlich nacheinander erzeugt werden und mit einem breitbandigen Wandler zeitlich nacheinander aufgenommen werden, zeitgleich mit der Auslösung des Ultraschall-Generators Triggersignale zur zeitlichen Zuordnung der empfangenen Signalverläufe erzeugt werden, die breitbandigen Signale für eine wählbare Anzahl von Mittenfrequenzen fi gefiltert werden und aus der Differenz der beiden Zeitabstände der so erhaltenen schmalbandigen Signale zum Triggersignal die Laufzeit und damit die Phasengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz bestimmt wird.For the simultaneous measurement of the speed of sound at several test frequencies without the need to replace the ultrasound transducer, a method is known from US 50 35 144, in which either a generated ultrasound signal is received at two different locations with two broadband transducers or two signals are generated one after the other in time and recorded one after the other with a broadband converter, trigger signals are generated simultaneously with the triggering of the ultrasound generator for the temporal assignment of the received signal profiles, the broadband signals are filtered for a selectable number of center frequencies f i and from the difference of The two transit times of the narrow-band signals thus obtained to the trigger signal determine the transit time and thus the phase velocity as a function of the frequency.

Dabei kann die Ermittlung der Laufzeiten ti für die einzelnen Mittenfrequenzen fi verfahrenstechnisch sowohl über eine Superpo­ sition beider Signalverläufe oder die Bildung ihrer Kreuzkorrela­ tionsfunktion erfolgen.The determination of the transit times t i for the individual center frequencies f i in terms of process technology can take place both by superposition of both signal profiles or by forming their cross-correlation function.

Der Mangel des Verfahrens liegt darin, daß die Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Phasengeschwindigkeit bei schwach dispersiven Materialien zu gering ist.The lack of the method lies in the fact that the measurement accuracy is the determination of the phase velocity for weakly dispersive ones Materials is too low.

Die Ursache des Mangels besteht darin, daß durch Anwendung von entweder zwei technisch hinsichtlich ihres Ultraschall-Übertra­ gungsverhaltens nie völlig identischen Wandlern oder der zeitlich nacheinander erfolgenden Erzeugung von zwei nie vollständig gleichen Ultraschallimpulsen zusätzliche Fehler bei der Bestim­ mung der Laufzeit-Differenz entstehen und daß Triggersignale verwendet werden müssen. Darüberhinaus macht sich nachteilig bemerkbar, daß bei der Messung der Phasengeschwindigkeit zum Auffinden und Korrigieren der Phasensprünge nach dem bekannten Verfahren mit vielen Frequenzen gemessen werden muß, die zudem solch niedrige Frequenzen einschließen müssen, bei denen die Wellenlänge in der Größenordnung des Schallaufweges liegt. Da bei diesen Frequenzen die Eindringtiefe der Oberflächenwelle groß ist, treten Plattenwellen statt Oberflächenwellen auf, wenn das Bauteil nicht hinreichend dick ist.The cause of the defect is that by using either two technically in terms of their ultrasound transmission behavior never completely identical or the temporally sequential generation of two never complete same ultrasonic pulses additional errors in the determination tion of the transit time difference arise and that trigger signals must be used. Furthermore, it is disadvantageous noticeable that when measuring the phase velocity to Finding and correcting the phase jumps according to the known one Procedures with many frequencies must be measured, which also must include such low frequencies at which the Wavelength is in the order of the sound path. There with these frequencies, the depth of penetration of the surface wave large plate waves occur instead of surface waves if that Component is not sufficiently thick.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur gleichzeitigen zerstörungsfreien Charakterisierung mehrerer Kennwerte, z. B. der Prüfung von Härte und Einhärtetiefe, anzuge­ ben, das wenig aufwendig ist, nur ein Minimum an Justieraufwand erfordert und mit dem mit nur einem Ultraschalloberflächenwellenempfänger gleichzeitig hochgenaue Messungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultra­ schalloberflächenwellen bei mindestens zwei, in weiten Grenzen wählbaren Frequenzen, auch in schwach dispersiven Materialien möglich sind.The invention has for its object a method for simultaneous non-destructive characterization of several Characteristic values, e.g. B. the testing of hardness and hardness depth ben, which is not very expensive, requires only a minimum of adjustment effort and with that with only one ultrasonic surface wave receiver at the same time highly accurate measurements of the propagation speed of Ultra sound surface waves with at least two, within wide limits selectable frequencies, even in weakly dispersive materials possible are.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben, die einfach und transportabel ist und eine vereinfachte, schnelle und genaue Messung gestattet und die einen Prüfkopf aufweist, der bei der Herstellung vollständig justierbar ist, keine unbeabsich­ tigt verstellbaren Justierelemente enthält, mit einer Hand ein­ fach auf den Prüfling aufsetzbar ist und mit diesem Aufsetzen gleichzeitig die reproduzierbare ultraschallmäßige Kopplung des Ultraschallwandlers gestattet.Furthermore, the invention has for its object a Vorrich specify the implementation of the method according to the invention, which is simple and portable and a simplified, fast and allows accurate measurement and has a probe that is fully adjustable during manufacture, no unintended contains adjustable adjustment elements with one hand can be placed on the test object and with this at the same time the reproducible ultrasonic coupling of the Ultrasonic transducer allowed.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung wie in den Ansprüchen angegeben gelöst.This object is achieved according to the invention as specified in the claims solved.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird von einem Impulslaser ein Laserstrahl ausgesandt, der von einer am Laser angebrachten Strahlteilereinheit in zwei räumlich getrenn­ te Teilstrahlen aufgeteilt wird. Diese beiden Teilstrahlen werden über je einen Lichtleiter in einen Prüfkopf geführt. In dem Prüfkopf befinden sich zwei Laserstrahlmanipulationseinheiten, die mit je einem Lichtleiter verbunden sind. An der Strahlein­ trittsseite der Manipulationseinheiten befinden sich Feststelle­ lemente zu Fixierung der Lichtleiter und an der Strahlaustritts­ seite befinden sich Abstandshalter zur Einstellung eines gleichen Abstandes des Prüfkopfes von der Prüflingsoberfläche.In the method and the device according to the invention of a pulsed laser emitted a laser beam from an am Laser attached beam splitter unit in two spatially separated  te partial beams is divided. These two beams will be guided into a test head via a light guide. By doing There are two laser beam manipulation units, which are connected to a light guide. On the beam The side of the manipulation units is fixed elements for fixing the light guide and at the beam outlet On the side there are spacers for setting the same Distance of the test head from the surface of the test object.

Die beiden Laserstrahlen werden nun über die Manipulationseinhei­ ten auf die Prüflingsoberfläche geleitet.The two laser beams are now over the manipulation unit led to the test specimen surface.

Dabei können nach einer Variante der Erfindung die Lichtleiter in den Manipulationseinheiten direkt bis an die Abstandshalter ge­ führt sein. Die Laserstrahlen werden in diesem Fall von den Ausgängen der Lichtleiter durch die oder entlang der Abstandshal­ ter auf die Prüflingsoberfläche geleitet.According to a variant of the invention, the light guides in the manipulation units right up to the spacers leads. In this case, the laser beams are emitted by the Outputs of the light guide through or along the distance ter directed to the test specimen surface.

Nach der anderen Variante der Erfindung befinden sich zwischen den Ausgängen der Lichtleiter und den Abstandshaltern optische Abbildungselemente, die die Laserstrahlen von den Ausgängen der Lichtleiter durch die oder entlang der Abstandshalter auf die Prüflingsoberfläche leiten.According to the other variant of the invention are between the outputs of the light guides and the spacers optical Imaging elements that block the laser beams from the outputs of the Light guides through or along the spacers on the Conduct the test specimen surface.

Solche optischen Abbildungselemente sind vorteilhafterweise fokussierende Kollimatoren.Such optical imaging elements are advantageous focusing collimators.

Beim Ausrichten der Laserstrahlmanipulationseinheiten auf die Prüflingsoberfläche ist zu beachten, daß die Laserstrahlen in einem Abstand L voneinander auf die Oberfläche des Prüflings treffen. Der genaue Wert dieses Abstandes L wird in bekannter Art und Weise ermittelt, indem die Ultraschallaufzeitdifferenz Δt′ der beiden Ultraschallimpulse bei einem Material mit bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschalloberflächenwellen nach L = co·Δt′ bestimmt wird.When aligning the laser beam manipulation units on the surface of the test specimen, it should be noted that the laser beams hit the surface of the test specimen at a distance L from one another. The exact value of this distance L is determined in a known manner by determining the ultrasonic transit time difference Δt 'of the two ultrasonic pulses for a material with a known propagation speed of the ultrasonic surface waves according to L = c o · Δt'.

Weiterhin sind die Laserstrahlmanipulationseinheiten innerhalb des Prüfkopfes entlang der Achse A: Abstandshalter-Ultraschall­ oberflächenwellenempfänger über eine Querverstellung auf den Abstand L einstellbar und um eine Achse senkrecht zur Achse A und senkrecht zu den optischen Achsen der Laserstrahlen über Drehele­ mente drehbar angeordnet.Furthermore, the laser beam manipulation units are inside of the test head along the axis A: spacer ultrasound surface wave receiver via a cross adjustment on the Distance L adjustable and about an axis perpendicular to axis A and perpendicular to the optical axes of the laser beams via Drehele elements rotatably arranged.

Durch diese Beweglichkeit der Manipulationseinheiten können auch andere als ebene Prüflingsoberflächen untersucht werden.This flexibility of the manipulation units can also surfaces other than flat specimens are examined.

In der Verlängerung der Verbindungslinie der beiden Auftrefforte der Laserstrahlen befindet sich im Prüfkopf bekanntermaßen ein mechanisch, akustisch, elektromagnetisch oder optisch an die Prüflingsoberfläche angekoppelter Ultraschalloberflächenwel­ lenempfänger.In the extension of the connecting line between the two meeting points As is known, the laser beams are located in the test head mechanically, acoustically, electromagnetically or optically to the Test surface coupled ultrasonic surface wel oil receiver.

Beim Auftreffen der Laserstrahlen auf die Prüflingsoberfläche werden, wie bereits bekannt, zwei Ultraschalloberflächenwellenim­ pulse erzeugt, die von einem Ultraschalloberflächenwellenempfän­ ger aufgenommen werden und über ein Gerät zur Speicherung des Signalverlaufes und einen Computer hinsichtlich des gewünschten Kennwertes ausgewertet werden.When the laser beams hit the surface of the test specimen , as already known, two ultrasonic surface waves in the pulse generated by a surface ultrasonic wave receiver be recorded and via a device for storing the Waveform and a computer regarding the desired  Characteristic value can be evaluated.

Die Auswertung des gespeicherten Signalverlaufes geschieht erfin­ dungsgemäß folgendermaßen.The evaluation of the stored signal curve takes place inventively according to the following.

Aus den gespeicherten Signalverläufen der beiden Ultraschallober­ flächenwellenimpulse werden mit einer ganzzahligen Anzahl n an Frequenzfiltern eine ganzzahlige Anzahl n an Frequenzbereichen mit frei wählbaren Mittenfrequenzen fi, mit i= 1 bis n, und frei wählbaren Frequenzbandbreiten Δfi herausgeschnitten.From the stored waveforms of the two ultrasonic surface wave pulses, an integer number n of frequency filters is used to cut an integer number n of frequency ranges with freely selectable center frequencies f i , with i = 1 to n, and freely selectable frequency bandwidths Δf i .

Danach wird für jeden herausgeschnittenen Frequenzbereich die Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Ultraschalloberflächenwel­ lenimpulse mit dem Kreuzkorrelationsmaximum für einen bestimmten Zeitbereich berechnet. Der Zeitbereich in dem das geschieht, ist frei wählbar und unterliegt nur der Bedingung, daß er die Zeit­ dauer umfaßt, während der die beiden Ultraschallimpulse im Ober­ flächenwellenwandler ein Signal hervorrufen.Then the for each cut out frequency range Cross-correlation function of the two ultrasound surfaces lenimpulse with the cross correlation maximum for a specific Time range calculated. The time range in which this happens is freely selectable and is only subject to the condition that he has the time duration includes, during which the two ultrasonic pulses in the upper surface wave converters produce a signal.

Aus dem Abstand des jeweiligen Maximums der Kreuzkorrelations­ funktion zum Zeitnullpunkt dieses Zeitbereichs wird für jede der n Mittenfrequenzen eine Ultraschallaufzeit Δti ermittelt.From the distance between the respective maximum of the cross-correlation function and the time zero of this time range, an ultrasound propagation time Δt i is determined for each of the n center frequencies.

Daraus können nach der Beziehung ci = L/Δti die Ultraschallge­ schwindigkeiten berechnet werden.From this, the ultrasound speeds can be calculated according to the relationship c i = L / Δt i .

Aus den berechneten Ultraschallgeschwindigkeiten ci kann in bekannter Art und Weise der zu ermittelnde Kennwert aus einer bekannten Korrelation zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit ci und dem zu ermittelnden Kennwert bestimmt werden. The characteristic value to be determined can be determined in a known manner from the calculated ultrasonic speeds c i from a known correlation between the ultrasonic speed c i and the characteristic value to be determined.

Vorteilhafterweise werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Lichtleiter, die Abstandshalter und die an den Laserstrahlma­ nipulationseinheiten angebrachten Teile der Querverstellung und des Drehelements in Kunstharz eingegossen.Advantageously in the device according to the invention the light guides, the spacers and those attached to the laser beam parts of the transverse adjustment and of the rotating element is cast in synthetic resin.

Weiterhin sind vorteilhafterweise die Abstandshalter in der Nähe oder konzentrisch zu den optischen Achsen der durch die Lichtlei­ ter teilfokussierten Laserstrahlen angeordnet und entlang der optischen Achsen verstellbar.Furthermore, the spacers are advantageously nearby or concentric to the optical axes through the light guide ter partially focused laser beams arranged and along the adjustable optical axes.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß der Ultraschalloberflächenwel­ lenempfänger verstellbar und entlang der lokalen Oberflächennor­ malen des Prüflings verschiebbar ist.It is also advantageous that the ultrasonic surface wel oil receiver adjustable and along the local surface norm paint the specimen is movable.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es gestattet, gleichzeitig, schnell und genau mehrere Kennwerte von kompliziert geformten oberflächenmodifizierten Bauteilen zu ermitteln. Darüberhinaus ist die Meßgenauigkeit des Verfahrens so hoch, daß auch geringe Eigenschaftsgradienten in schwach di­ spersiven Materialien, wie z. B. in randschichtgehärteten Stählen, gemessen werden können. Ein weiterer Vorteil ist , daß das Verfahren auch ohne zusätzlichen Aufwand an sehr großen Bauteilen angewendet werden kann, die zum Zwecke der Prüfung nicht aus ihrer Fertigungs-, Oberflächenveredlungs- oder Einsatzposition gebracht werden können. Darüberhinaus besteht ein weiterer Vor­ teil darin, daß das Verfahren auch hinsichtlich der zu ermitteln­ den Kenngrößen, der zu untersuchenden Werkstoffe und der geome­ trischen Abmessungen der zu detektierenden Schichten sehr flexibel einsetzbar ist. Weiterhin ist das Verfahren auch an Bauteilen mit einer sehr großen Oberflächenkrümmung, die sich zudem von Ort zu Ort oder Bauteil zu Bauteil ändert, einsetzbar. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß sie einfach zu handhaben und zu transportieren ist, auf komplizierte Eich- und Einstellvorgänge vor der Messung weitge­ hend verzichtet werden kann und darüberhinaus mit dem Aufsetzen des Prüfkopfes gleichzeitig sowohl die notwendige Positionierung der Laserstrahlen als auch die ultraschallmäßige Ankopplung sehr reproduzierbar gewährleistet.The advantage of the method according to the invention is that it allows several parameters to be measured simultaneously, quickly and precisely from complicated shaped surface modified components determine. In addition, the measuring accuracy of the method so high that even low property gradients in weakly di spersive materials such. B. in surface hardened steels, can be measured. Another advantage is that Process even without additional effort on very large components can be applied for the purpose of testing not out your manufacturing, surface finishing or application position can be brought. There is also another pre  part in that the process should also be determined in terms of the parameters, the materials to be examined and the geome trical dimensions of the layers to be detected very can be used flexibly. Furthermore, the procedure is also on Components with a very large surface curvature also changes from location to location or component to component. The advantages of the device according to the invention are that it’s easy to use and carry complicated calibration and setting procedures before the measurement can be dispensed with and also with the touchdown of the test head at the same time the necessary positioning the laser beams as well as the ultrasonic coupling very much reproducibly guaranteed.

Nachstehend soll die Erfindung an den folgenden Ausführungsbei­ spielen näher erläutert werden.The invention will now be further elucidated in the following embodiment play will be explained in more detail.

Dabei zeigt Bild 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Bild 2 wird im Teilbild 2a der im Digitaloszilloskop aufge­ zeichnete zeitliche Signalverlauf der beiden Oberflächenwellenim­ pulse gezeigt. Teilbild 2b zeigt die für die niedrigere Frequenz f1 durch den Computer berechnete Kreuzkorrelationsfunktion, die zur Bestimmung der Einhärtetiefe herangezogen wird, während in Teilbild 2c der Verlauf der Kreuzkorrelationsfunktion der höheren Frequenz f2, die zur Bestimmung der oberflächennahen Härte ver­ wendet wird, dargestellt ist. Figure 1 shows the principle of the device according to the invention. In Fig. 2, part 2 a shows the temporal signal curve of the two surface wave pulses recorded in the digital oscilloscope. Part 2 b shows the cross-correlation function calculated by the computer for the lower frequency f 1 , which is used to determine the hardening depth, while in part 2 c the profile of the cross-correlation function of the higher frequency f 2 , which is used to determine the hardness near the surface, is shown.

Bild 3 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung, wie sie in den Beispielen näher beschrieben ist. Figure 3 shows an advantageous embodiment of the device according to the invention, as described in more detail in the examples.

Beispiel 1example 1

Als Prüflingsoberfläche 13 dient die laserstrahlgehärtete Ein­ trittskante einer Turbinenschaufel aus dem Stahl X20Cr13. An ihr soll entlang der Eintrittskante die Einhärtetiefe bestimmt wer­ den. Darüber hinaus soll auch gleichzeitig eine Aussage über die Härte des Randschichtgefüges erhalten werden. Die Krümmung der Eintrittskante ändert sich vom Schaufelfuß zur Schaufelspitze hin kontinuierlich und ist am gleichen Ort auch von Schaufel zu Schaufel verschieden. Die Härtungszone reicht bis zur Eintritts­ kante und umfaßt damit das Gebiet größter Krümmung. Infolge der Verwindung der Schaufel verwindet sich auch die Härtungszone. Die gleichzeitige, einfache und zerstörungsfreie Messung der Här­ tungstiefe und der oberflächennahen Härte ist an solch geome­ trisch komplizierten Bauteilen mit den bisher bekannten Verfahren kaum oder nur sehr aufwendig möglich.When the test sample 13, the laser beam A is cured occurs edge of a turbine blade made of the steel X20Cr13. The hardening depth should be determined on it along the leading edge. In addition, a statement about the hardness of the boundary layer structure should also be obtained. The curvature of the leading edge changes continuously from the blade root to the blade tip and also differs from blade to blade in the same location. The hardening zone extends to the leading edge and thus covers the area of greatest curvature. Due to the twisting of the blade, the hardening zone also twists. The simultaneous, simple and non-destructive measurement of the depth of hardening and the surface hardness is hardly or only possible with great effort in such geometrically complicated components using the previously known methods.

Der Prüfkopf 3 wird vor seiner erstmaligen Inbetriebnahme in fol­ genden Schritten justiert: Herein- oder Herausschrauben der Abstandshalter 8 entlang der optischen Achse der Laserstrahlen, bis der Fokus der Laserstrahlen auf die Prüflingsoberfläche 13 trifft. Das Erreichen dieses Justierzustandes wird durch eine maximale Amplitude des Ultraschallsignals am Signalspeichergerät 11 angezeigt. In diesem Beispiel ist das Signalspeichergerät 11 ein Digitaloszilloskop. Anschließend werden die Abstandshalter 8 arretiert. Weiterhin wird der Abstand L eingestellt. Für Meßfre­ quenzen <1 MHz wird L = 20 mm festgelegt.The test head 3 is adjusted before it is started up for the first time in the following steps: screwing in or unscrewing the spacers 8 along the optical axis of the laser beams until the focus of the laser beams hits the test specimen surface 13 . The reaching of this adjustment state is indicated by a maximum amplitude of the ultrasound signal on the signal storage device 11 . In this example, the latch device 11 is a digital oscilloscope. The spacers 8 are then locked. The distance L is also set. For measuring frequencies <1 MHz, L = 20 mm is specified.

Der Prüfkopf 3 einschließlich Ultraschalloberflächenwellenempfän­ ger 4, in diesem Fall ein Ultraschalloberflächenwellenwandler, wird nun auf die Prüflingsoberfläche 13 aufgesetzt. Vor dem Auf­ setzen wird die Kontaktseite des Ultraschalloberflächenwellen­ wandlers 4 mit Wasser bestrichen.The test head 3 including ultrasonic surface wave receiver 4 , in this case an ultrasonic surface wave transducer, is now placed on the test specimen surface 13 . Before putting on the contact side of the ultrasonic surface wave transducer 4 is coated with water.

Nach dem Aufsetzen auf ein Testmaterial mit bekannter Ultra­ schalloberflächenwellengeschwindigkeit co wird der Laserimpuls gezündet. Der sich dabei ergebende Signalverlauf wird mit dem Digitaloszilloskop 11 aufgezeichnet und mit Hilfe des Computers 12 die Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Ultraschalloberflä­ chenwellenimpulse mit dem Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion für einen Zeitbereich, der die beiden Ultraschalloberflächenwellenimpulse einschließt, gebildet. Aus dem Abstand des Maximums der Kreuzkor­ relationsfunktion zum Zeitnullpunkt dieses Zeitbereichs ergibt sich die Laufzeitdifferenz der beiden Ultraschall­ oberflächenwellenimpulse Δt′. Damit kann der Abstand L nach der Beziehung L = co·Δt′ genau berechnet werden. Dieser Abstand L bleibt nun unverändert.After being placed on a test material with a known ultrasonic surface wave velocity c o , the laser pulse is ignited. The resulting signal curve is recorded with the digital oscilloscope 11 and with the help of the computer 12, the cross-correlation function of the two ultrasonic surface wave pulses with the maximum of the cross-correlation function for a time range, which includes the two ultrasonic surface wave pulses, is formed. From the distance of the maximum of the cross correlation function to the time zero of this time range, the transit time difference of the two ultrasonic surface wave pulses Δt 'results. The distance L can thus be calculated exactly according to the relationship L = c o · Δt '. This distance L remains unchanged.

Nun wird der Prüfkopf 3 auf die Oberfläche 13 der Turbinenschau­ fel im Gebiet der gehärteten Eintrittskante aufgesetzt und eben­ falls der Laserimpuls gezündet. Nach der Aufzeichnung des aus den beiden Impulsen bestehenden Signals (Bild 2a) wird getrennt deren Spektrum berechnet. Mit zwei Frequenzfiltern, die in diesem Fall als rechteckige Digitalfilter ausgebildet sind, und die eine Bandbreite von Δf1 = Δf2 = 1 MHz und eine Mittenfrequenz von f1= 1,5 MHz bzw. f2 = 7 MHz haben, werden aus den Spektren beider Impulse jeweils zwei Frequenzbereiche 1 und 2 herausgefiltert. Für beide Frequenzbereiche werden getrennt die Kreuzkorrelations­ funktionen mit den aus den beiden Impulsen herausgefilterten Spektralbereichen gebildet. Es ergeben sich zwei Kreuzkorrelati­ onsfunktionen k1 und k2, die zu den Filtern 1 und 2 gehören (Bild 2b und 2c).Now the test head 3 is placed on the surface 13 of the turbine blade in the area of the hardened leading edge and just in case the laser pulse is ignited. After recording the signal consisting of the two pulses ( Figure 2a), their spectrum is calculated separately. With two frequency filters, which are designed as rectangular digital filters in this case, and which have a bandwidth of Δf 1 = Δf 2 = 1 MHz and a center frequency of f 1 = 1.5 MHz and f 2 = 7 MHz, respectively Spectra of both pulses filtered out two frequency ranges 1 and 2 . The cross-correlation functions with the spectral ranges filtered out from the two pulses are formed separately for both frequency ranges. There are two cross-correlation functions k 1 and k 2 , which belong to filters 1 and 2 ( Fig. 2b and 2c).

Aus der Kreuzkorrelationsfunktion k1 (Bild 2b) wird die Ultra­ schalloberflächenwellenlaufzeitdifferenz Δt1 bestimmt, welche dem Abstand des Maximums dieser Funktion zu ihrem Zeitnullpunkt entspricht. Dies ermöglicht es, die Ultraschallgeschwindigkeit von 3060 m/s bei f1 = 1,5 MHz nach c1 = L/Δt1 zu bestimmen. Aus einem Nomogramm c1 = f(d) ergibt sich die Einhärtetiefe d = 1,328 ± 0,1 mm.From the cross-correlation function k 1 ( Figure 2b), the ultrasound surface wave transit time difference Δt 1 is determined, which corresponds to the distance of the maximum of this function from its time zero. This makes it possible to determine the ultrasonic speed of 3060 m / s at f 1 = 1.5 MHz according to c 1 = L / Δt 1 . The hardening depth d = 1.328 ± 0.1 mm results from a nomogram c 1 = f (d).

Aus der Kreuzkorrelationsfunktion k2 (Bild 2c) wird die Ultra­ schalloberflächenwellenlaufzeitdifferenz Δt2 entsprechend der Methode bei k1 ermittelt. Daraus kann die Ausbreitungsgeschwin­ digkeit der Ultraschalloberflächenwelle bei f2 = 7 MHz nach c2 = L/Δt2 berechnet werden. Ihr Wert beträgt 3030 m/s. Aus einem Nomogramm c2 = f(HV0,05) kann damit eine oberflächennahe Härte von 620 HV0,05 abgelesen werden.From the cross-correlation function k 2 ( Figure 2c), the ultrasound surface wave transit time difference Δt 2 is determined according to the method at k 1 . From this, the propagation speed of the ultrasonic surface wave at f 2 = 7 MHz can be calculated according to c 2 = L / Δt 2 . Their value is 3030 m / s. From a nomogram c 2 = f (HV 0.05 ) a surface hardness of 620 HV 0.05 can be read.

Beispiel 2Example 2

An einem Stickstoffimpulslaser 1 mit einer Impulsleistung von 800 kW, einer Impulsdauer von 0,5 ns und einer Laserwellenlänge von 337 nm ist eine Strahlteilereinheit 2 angebracht, die einen halb­ durchlässigen Spiegel enthält. Von der Strahlteilereinheit 2 wird der geteilte Laserimpuls über zwei Lichtleiter 5, die als Quarz­ glaskabel ausgebildet sind, in den Prüfkopf 3 geführt und dort mit Feststellelementen 7 arretiert. In dem Prüfkopf 3 befinden sich zwei Laserstrahlmanipulationseinheiten 6 mit einer Querver­ stellung 9 und Drehelementen 10. Weiterhin sind in den Manipula­ tionseinheiten 6 optische Abbildungselemente 14, in diesem Fall fokussierende Kollimatoren, untergebracht. Die Lichtleiter 5 führen zu je einem fokussierenden Kollimator 14. In diesen Kolli­ matoren 14 wird der aus den Lichtleitern 5 austretende Laser­ strahl in ein nahezu paralleles Strahlenbündel verwandelt. Mit einer zweiten Linse wird das Strahlenbündel auf die Prüflings­ oberfläche 13 fokussiert. Längs der optischen Achsen der Laser­ strahlen ist je ein Abstandshalter 8 zur Prüflingsseite an dem Prüfkopf 3 angebracht.A beam splitter unit 2 , which contains a semi-transparent mirror, is attached to a nitrogen pulse laser 1 with a pulse power of 800 kW, a pulse duration of 0.5 ns and a laser wavelength of 337 nm. The split laser pulse is guided by the beam splitter unit 2 into the test head 3 via two light guides 5 , which are designed as quartz glass cables, and locked there with locking elements 7 . In the test head 3 there are two laser beam manipulation units 6 with a transverse position 9 and rotary elements 10 . Furthermore, 6 optical imaging elements 14 , in this case focusing collimators, are accommodated in the manipulation units. The light guides 5 each lead to a focusing collimator 14 . In these collimators 14 , the laser beam emerging from the light guides 5 is converted into an almost parallel beam. With a second lens, the beam of rays is focused on the test surface 13 . A spacer 8 is attached to the test head 3 along the optical axes of the lasers.

In der Verlängerung der Verbindungslinie der beiden Auftrefforte der Laserstrahlen ist ein Ultraschalloberflächenwellenempfänger 4, der in diesem Fall als piezoelektrischer Ultraschalloberflä­ chenwellenwandler ausgebildet ist, angeordnet. Er ist kardanisch im Prüfkopf 3 aufgehängt und parallel zu den optischen Achsen verschiebbar. Der Ausgang des Ultraschalloberflächenwellenwand­ lers 4 ist mit einem Signalspeichergerät 11, das als Digitalos­ zilloskop ausgebildet ist, verbunden, das seinerseits mit einem Computer 12 gekoppelt ist. In the extension of the connecting line of the two incidence of the laser beams, an ultrasonic surface wave receiver 4 , which in this case is designed as a piezoelectric ultrasonic surface transducer, is arranged. It is gimbal-mounted in the test head 3 and can be moved parallel to the optical axes. The output of the ultrasonic surface wave converter 4 is connected to a signal storage device 11 , which is designed as a digital zilloscope, which in turn is coupled to a computer 12 .

Beispiel 3Example 3

An einem Prüfling 13 aus Stahl C70 soll die geometrische Lage der Berandung der Härtezone und ihr Tiefenverlauf, d. h. die Einhärte­ breite auf der Oberfläche und die Härtezonenkontur quer zur Spur­ richtung einer Laserhärtespur bestimmt werden.On a test specimen 13 made of steel C70, the geometrical position of the edge of the hardness zone and its depth profile, ie the hardness width on the surface and the hardness zone contour transverse to the track direction of a laser hardness track, are to be determined.

Dazu wird in einer Prüfanordnung analog zu den Beispielen 1 und 2 der Prüfkopf 3 nacheinander in folgenden Positionen auf den Prüf­ ling aufgesetzt.
1. H: Meßlänge L ist vollständig in dem gehärteten Gebiet,
2. U: Meßlänge L ist vollständig in ungehärtetem Gebiet,
3. M: Meßlänge L ist sowohl in gehärtetem als auch in ungehärte­ tem Gebiet.For this purpose, the test head 3 is placed in succession in the following positions on the test object in a test arrangement analogous to Examples 1 and 2.
1. H: measuring length L is completely in the hardened area,
2nd U: measuring length L is completely in the unhardened area,
3. M: Measuring length L is in both hardened and unhardened areas.

Die Achse A liegt dabei etwa senkrecht zur vermuteten Berandung der Härtezone.The axis A is approximately perpendicular to the assumed boundary the hardness zone.

In den drei Positionen werden nacheinander entsprechend Beispiel 1 und 2 die Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeiten cH, cU und cM ermittelt. Über die Wahl der Mittenfrequenzen fi wird die Meßtiefe festgelegt. Die Messung erfolgt bei einer Bandbreite von Δfi = 1 MHz bei 15 verschiedenen Frequenzen mit jeweils 1 MHz Unterschied und einer Mittenfrequenz f1 = 1 MHz und f15 = 15 MHz.In the three positions, the ultrasound propagation velocities c H , c U and c M are determined in succession in accordance with Examples 1 and 2. The measuring depth is determined by the choice of the center frequencies f i . The measurement is carried out at a bandwidth of Δf i = 1 MHz at 15 different frequencies, each with a 1 MHz difference and a center frequency f 1 = 1 MHz and f 15 = 15 MHz.

Anschließend wird die geometrische Position des Meßortes 3 = M vermessen und gespeichert. Nun muß der Anteil Bi der Härtezonen­ breite innerhalb der Meßlänge L bestimmt werden, der sich zwi­ schen dem Laserstrahlauftreffort innerhalb der gehärteten Zone und der Härtezonenberandung befindet.Then the geometric position of the measurement location 3 = M is measured and stored. Now the proportion B i of the hardness zone width must be determined within the measuring length L, which is located between the laser beam reflection within the hardened zone and the hardness zone boundary.

Das erfolgt über die BeziehungThis is done through the relationship

Die Konstanten Ki sind materialspezifische Kennwerte, die den Abfall der Oberflächenhärte in der Nähe der Spurberandung charak­ terisieren. Sie werden folgendermaßen bestimmt: An einer Testpro­ be aus dem gleichen Material mit bekannter Lage der Berandung der Härtezone wird der Prüfkopf so aufgesetzt, daß die Achse A sen­ krecht zur Berandung der Härtezone liegt und die Berandung genau in der Mitte der Meßlänge L liegt. In dieser Position wird die Schallgeschwindigkeit cM0,5;i gemessen. Die Ki-Werte bestimmen sich aus folgender Beziehung:The constants K i are material-specific parameters that characterize the drop in surface hardness in the vicinity of the edge of the track. They are determined as follows: The test head is placed on a test sample made from the same material with a known position of the edge of the hardness zone so that the axis A is perpendicular to the edge of the hardness zone and the edge lies exactly in the middle of the measuring length L. The speed of sound c M0.5; i is measured in this position. The K i values are determined from the following relationship:

Für den Stahl C70 werden bei f15 = 15 MHz folgende Werte ermit­ telt: cH15 = 2930 m/s, cU15 = 2984 m/s, cM0,5;15 = 2957 m/s. Analoge Messungen bei anderen Frequenzen ergeben bei diesem Stahl ähnliche Werte. Damit gilt K = Ki≈1.The following values are determined for steel C70 at f 15 = 15 MHz: c H15 = 2930 m / s, c U15 = 2984 m / s, c M0.5; 15 = 2957 m / s. Analog measurements at other frequencies give similar values for this steel. Hence K = K i ≈1.

Zur Ausmessung der Spurberandung am Bauteil in Oberflächennähe wird die Meßposition 3 = M mit einem Koordinatenwert x= 13,5 mm ausgemessen. Die Messung der Ultraschallausbreitungsgeschwindig­ keit bei einer Frequenz von 15 MHz ergibt einen Wert von CM15= 2972 m/s. Die Meßlänge L wurde zu L = 19,2 mm ermittelt. Mit diesen Werten ergibt sich ein Abstand der oberflächennahen Beran­ dung der Härtezone vom Meßort 3 = M von B15= 4,27 mm. To measure the track edge on the component near the surface, the measuring position 3 = M is measured with a coordinate value x = 13.5 mm. The measurement of the ultrasonic propagation speed at a frequency of 15 MHz gives a value of C M15 = 2972 m / s. The measuring length L was determined to be L = 19.2 mm. With these values, there is a distance between the surface of the hardness zone near the surface and the measuring location 3 = M of B 15 = 4.27 mm.

Durch eine Auftragung der so ermittelten Bi über der zu jeder Mittenfrequenz fi gehörenden mittleren Oberflächenwelleneindring­ tiefe und der Wiederholung der Messung entlang der Härtezone wird die Kontur der Härtezone dreidimensional rekonstruiert.The contour of the hardness zone is reconstructed three-dimensionally by plotting the B i thus determined over the mean surface wave penetration associated with each center frequency f i and repeating the measurement along the hardness zone.

Claims (6)

1. Verfahren zur gleichzeitigen zerstörungsfreien Charakterisie­ rung mehrerer Kennwerte oberflächenmodifizierter Werkstoffe durch die Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall­ oberflächenwellen bei mehreren Frequenzen durch thermoelastische Anregung zweier räumlich getrennter Teilimpulse mittels Laser­ strahlen, wobei die Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeiten aus Ultraschallaufzeiten Δti nach c1 = L/Δti berechnet werden, wobei der ultraschallwirksame Abstand L durch Messung der Impulslauf­ zeit Δt′ für eine Frequenz f2 mit f1 f2 fn an einer Probe mit bekannter konstanter Ultraschallgeschwindigkeit co nach L = co·Δt′ ermittelt und aus den Ultraschallausbreitungsgeschwin­ digkeiten ci der zu ermittelnde Kennwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem breitbandigen Ultraschallober­ flächenwellenempfänger empfangene Signalverlauf beider Ultra­ schalloberflächenwellenimpulse elektronisch aufgezeichnet wird, daß mit mindestens n Frequenzfiltern (n < 0), n Frequenzbereiche mit frei wählbaren Mittenfrequenzen fi (i = 1 bis n) und frei wählbaren Frequenzbandbreiten Δfi herausgeschnitten werden, daß für jeden der n Frequenzbereiche die Kreuzkorrelationsfunktion ki(T) der beiden Ultraschalloberflächenwellenimpulse mit einem Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion für einen Zeitbereich, der die beiden Ultraschalloberflächenwellenimpulse einschließt, berechnet wird, und daß aus dem Abstand des jeweiligen Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion ki(T) zum Nullpunkt dieses Zeitbe­ reiches für jede der n Mittenfrequenzen die Ultraschallaufzeit Δti ermittelt wird.1. A method for the simultaneous non-destructive characterization of several characteristic values of surface-modified materials by determining the propagation speed of ultrasonic surface waves at several frequencies by means of thermoelastic excitation of two spatially separated partial pulses by means of laser radiation, the ultrasonic propagation speeds being calculated from ultrasound propagation times Δt i according to c 1 = L / Δt i are, the ultrasonic effective distance L by measuring the pulse transit time Δt 'for a frequency f 2 with f 1 f 2 f n on a sample with known constant ultrasonic speed c o after L = c o · Δt' determined and from the ultrasonic propagation speeds c i the characteristic value to be determined is determined, characterized in that the signal waveform received with a broadband ultrasonic surface wave receiver of both ultrasonic surface wave pulses is recorded electronically with at least n Frequency filters (n <0), n frequency ranges with freely selectable center frequencies f i (i = 1 to n) and freely selectable frequency bandwidths Δf i are cut out so that the cross-correlation function k i (T) of the two ultrasonic surface wave pulses with a maximum for each of the n frequency ranges the cross correlation function for a time range, which includes the two ultrasonic surface wave pulses, is calculated, and that from the distance of the respective maximum of the cross correlation function k i (T) to the zero point of this time range, the ultrasonic propagation time Δt i is determined for each of the n center frequencies. 2. Vorrichtung zur gleichzeitigen zerstörungsfreien Charakteri­ sierung mehrerer Kennwerte oberflächemodifizierter Werkstoffe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Impulslaser, einer Strahlteilereinheit, einem Prüfkopf und einem Ultraschalloberflächenwellenempfänger, der im Prüfkopf in der Verlängerung der Verbindungslinie der beiden Auftrefforte der Laserstrahlen mechanisch , akustisch, elektromagnetisch oder optisch an die Prüflingsoberfläche angekoppelt ist und mit einem Gerät zur elektronischen Ermittlung der Schallaufzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilereinheit (2) mit dem Impulsla­ ser (1) verbunden ist, daß sich an den beiden Ausgängen der Strahlenteilereinheit (2) je ein Lichtleiter (5) befindet, wel­ cher jeweils die geteilten Laserstrahlen aufnimmt, daß die beiden Lichtleiter (5) in den Prüfkopf (3) geführt und dort mit je einer Laserstrahlmanipulationseinheit (6) verbunden sind, daß die Laserstrahlmanipulationseinheiten (6) an der Laserstrahlein­ trittsseite Feststellelemente (7) für die Lichtleiter (5) und an der Laserstrahlaustrittsseite Abstandshalter (8) besitzen, daß die Ausgänge der Lichtleiter (5) in den Laserstrahlmanipulations­ einheiten (6) direkt an den Abstandshaltern (8) oder über opti­ sche Abbildungselemente (14) an den Abstandshaltern (8) angeord­ net sind, daß die Laserstrahlmanipulationseinheiten (6) entlang der Achse A Abstandshalter (8) und Ultraschalloberflächenwelle­ nempfänger (4) über eine Querverstellung (9) auf einen Abstand L einstellbar und um eine Achse senkrecht zur Achse A und senkrecht zu den optischen Achsen der Laserstrahlen über Drehelemente (10) drehbar angeordnet sind und daß im Prüfkopf (3) in der Verlänge­ rung der Verbindungslinie der beiden Auftrefforte der Laserstrah­ len der mechanisch, akustisch, elektromagnetisch oder optisch an die Prüflingsoberfläche (13) angekoppelte Ultraschalloberflächen­ wellenempfänger (4) angeordnet ist, der mit einem Gerät (11) zur Speicherung des Signalverlaufes und einem Computer (12) verbunden ist. 2. Device for the simultaneous non-destructive characterization of several characteristic values of surface-modified materials for performing the method according to claim 1, consisting of a pulse laser, a beam splitter unit, a test head and an ultrasonic surface wave receiver, which in the test head in the extension of the connecting line of the two points of impact of the laser beams mechanically, acoustically , electromagnetically or optically coupled to the sample surface and with a device for the electronic detection of the sound transit times, characterized in that the beam splitter (2) is connected to the Impulsla ser (1), that each of the two outputs of the beam splitting unit (2) a light guide ( 5 ), wel cher each receives the divided laser beams that the two light guides ( 5 ) in the test head ( 3 ) and there are each connected to a laser beam manipulation unit ( 6 ) that the Laserstrahlman Detection units ( 6 ) on the laser beam entry side locking elements ( 7 ) for the light guides ( 5 ) and on the laser beam exit side have spacers ( 8 ) that the outputs of the light guides ( 5 ) in the laser beam manipulation units ( 6 ) directly on the spacers ( 8 ) or via optical imaging elements ( 14 ) on the spacers ( 8 ) angeord net that the laser beam manipulation units ( 6 ) along the axis A spacer ( 8 ) and ultrasonic surface wave receiver ( 4 ) via a transverse adjustment ( 9 ) adjustable to a distance L and are arranged rotatably about an axis perpendicular to the axis A and perpendicular to the optical axes of the laser beams via rotary elements ( 10 ) and that in the test head ( 3 ) in the extension of the connecting line of the two points of incidence of the laser beams, the mechanical, acoustic, electromagnetic or optical ultrasound surfaces coupled to the specimen surface ( 13 ) nreceiver ( 4 ) is arranged, which is connected to a device ( 11 ) for storing the signal curve and a computer ( 12 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbildungselemente (14) im Prüfkopf (3) fokussierende Kollimatoren sind. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the optical imaging elements ( 14 ) in the test head ( 3 ) are focusing collimators. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Prüfkopf (3) führenden Lichtleiter (5), die Abstandshalter (8), die an den Laserstrahlmanipulationseinheiten (6) angebrach­ ten Teile der Querverstellung (9) und der Drehelemente (10) in Kunstharz eingegossen sind.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that in the test head ( 3 ) leading light guide ( 5 ), the spacers ( 8 ), the parts of the transverse adjustment ( 9 ) and the rotary elements ( 10 ) attached to the laser beam manipulation units ( 6 ) ) are cast in synthetic resin. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (8) in der Nähe oder konzentrisch zu den optischen Achsen der durch die Lichtleiter (5) teilfokussierten Laserstrah­ len angeordnet sind und entlang der optischen Achsen verstellbar sind.5. The device according to claim 2, characterized in that the spacers ( 8 ) in the vicinity or concentrically to the optical axes of the by the light guide ( 5 ) partially focused laser beams are arranged len and are adjustable along the optical axes. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschalloberflächenwellenempfänger (4) verstellbar und entlang der lokalen Oberflächennormalen des Prüflings (13) verschiebbar angeordnet ist.6. The device according to claim 2, characterized in that the ultrasonic surface wave receiver ( 4 ) is adjustable and slidably arranged along the local surface normal of the test specimen ( 13 ).
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