DE4406385C1 - Verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien on-line Bestimmung von Qualitätseigenschaften von plattenförmigen Bauteilen und Anordnung von Ultraschall-Radköpfen - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien on-line Bestimmung von Qualitätseigenschaften von plattenförmigen Bauteilen und Anordnung von Ultraschall-RadköpfenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien on
line Bestimmung von Qualitätseigenschaften von plattenförmigen Bauteilen, wie zum
Beispiel Spanplatten, Gipskartonplatten ect. mit Hilfe von Ultraschallwellen, indem das
Bauteil in Kontakt mit zwei Radschallköpfen relativ zu diesen bewegt wird, von denen
der Sender und der Empfänger mit ausreichendem mechanischem Kontakt auf dem
Bauteil abrollen, wobei der Sender die Schallwellen aussendet und der Empfänger die
beim Durchgang durch das Bauteil in charakteristischer Weise veränderten Signale
aufnimmt und an eine Auswerteinheit weiterleitet.
Ausweislich des Aufsatzes "Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen
Schallgeschwindigkeit und Rohdichte, Querzug- sowie Biegefestigkeit von Spanplat
ten" von Arno Burmester in der Zeitschrift "Holz als Roh- und Werkstoff" 1968, Heft 4,
Seiten 114-117, ist bei der Produktion von Holzspanplatten eine ständige Überprü
fung der Materialfestigkeit notwendig. Von Vorversuchen her war es bereits bekannt,
daß eine Korrelation zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Rohdichte eines
Vollholzes existiert. Diese Erkenntnis sollten durch eingehende Untersuchungen ver
dichtet und evtl. weitere Beziehungen zwischen der Schallgeschwindigkeit, der Quer
zugsfestigkeit und der Biegefestigkeit festgestellt werden. Es wird eine Prüfmethode
beschrieben, bei der ein zugeschnittener Prüfling zwischen zwei Ultraschallköpfen ein
gespannt und dann die Ausbreitgeschwindigkeit der Ultraschallwellen gemessen wird.
Danach wird der Prüfling mit der klassischen zerstörenden Methode untersucht, wobei
die Querzugs- bzw. die Biegefestigkeit durch Zerstörung bestimmt wird, um dann die
Korrelation zwischen den Wellenausbreiteigenschaften und den Festigkeiten zu be
stimmen. Diese diskontinuierliche und zerstörende Prüfmethode durch Herstellen von
Prüflingen aus den einzelnen Spanplatten und Unterwerfung von mechanischen Bean
spruchungen ist zu aufwendig und von zu geringer Aussagekraft.
Wie A. Burmester beschreibt, ist es wünschenswert, eine kontinuierliche Prüfmethode
zu finden, um Rohdichte, Biege- und Querzugsfestigkeit feststellen zu können. Dazu
eignen sich die festgestellten Zusammenhänge zwischen der Schallgeschwindigkeit
und den Materialeigenschaften. Es wird deshalb angeregt, zur laufenden Kontrolle
eine rollende Ankopplung der Prüfköpfe zu betreiben. Vorrichtungen dieser Art sind in
der US 3 205 702 beschrieben. Weitere Erkenntnisse sind aus dieser Schrift aber nicht
zu entnehmen.
Als weitere Literaturstelle kann auf das Buch: Krautkrämer "Werkstoffprüfung mit
Ultraschallwellen" aus dem Springer Verlag "Ankopplung über Zwischenschichten,
Wasserspaltankopplung und Tauchtechnik", Seiten 300-305, verwiesen werden. Dort
ist auf der Seite 304 ein Reifen-Prüfkopf von Sperry beschrieben. Hier ist auch auf die
DE 9 66 392 und die US 3 423 991 zu verweisen. Eine kontinuierliche Schall-Prüfme
thode erfolgte danach zur Feststellung von Fehlstellen im Baukörper, wie z. B. in
Spanplatten. Dazu wurde der rollende Prüfkopf auf die eine Seite des Prüflings aufge
preßt, wobei also sowohl Sende- als auch Echoimpulse nur von einer Seite des Prüf
lings gesendet und empfangen werden. Dabei können die Impulse auch schräg in den
Prüfling einstrahlen, wodurch Transversalwellen erzeugt werden. Die Bedeutung dieser
Transversalwellen wurde nicht untersucht.
Durch diese US 3 423 991 ist aber auch bekannt, einen Prüfling zu durchschallen,
indem auf der Ober- und Unterseite einer Spanplatte gegenüberliegend rollende Prüf
köpfe angeordnet werden. Es wurden aber mit dieser Prüfkopfanordnung ebenfalls nur
Untersuchungen zur Feststellung von Fehlstellen in der Materialzusammensetzung
einer Spanplatte durchgeführt. Untersuchungsmethoden zur kontinuierlichen Feststel
lung von mechanischen Materialeigenschaften eines Bauteils sind aus diesem Stand
der Technik nicht bekannt.
Weiterhin ist hier noch die US 5 237 870 zu nennen, die jedoch ausschließlich "finger
joints", d. h. also Keilzinkverbindungen für Brettschichtbinder behandelt. Es wird nur
die Festigkeit dieser Keilzinkverbindungen geprüft. Dazu wird im direkten Durchgang
durch das Material gemessen und dabei Gruppenlaufzeit und integrale Dämpfung,
ohne Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit, als Qualitätskriterium
herangezogen. Physikalisch gesprochen wird hier nur die Ankunftszeit und der
Energieverlust der P-Welle als Qualitätskriterium benutzt. In dieser Schrift ist auch
eine Versetzung der Schallköpfe beschrieben. Es geht dabei aber nicht um eine
notwendige Versetzung, die durch einen Abmessungsparameter, nämlich die Dicke
bestimmt ist, sondern nur um eine durch äußere hindernde Konstruktionen geforderte
oder zur Erhöhung der Zeitauflösung wünschenswerte Versetzung.
In diesem Zusammenhang ist noch auf die DE 18 01 182 C1 zu verweisen, in der
ebenfalls die Möglichkeit der versetzten Anbringung der Schallköpfe auf der gleichen
Seite der Platte angesprochen wird. Dort wird aber bewußt auf die Anwendung von
Plattenwellen verzichtet, die Anordnung der beiden Prüfköpfe auf der gleichen Seite
hat den Zweck, in Reflexionsanordnung messen zu können. Die Anordnung auf einer
Seite ist also hier zwingend vorgegeben. Die Druckschrift offenbart dementsprechend
lediglich die Erhöhung der Strahldivergenz durch Schalloptiken. Das Ziel der ganzen
Anordnung besteht nicht in der Bestimmung der Eigenschaften von genau definierten
Bereichen, sondern ähnlich der US 3 423 991 in der Auffindung der Lage und
Ausdehnung von Streustellen wie Lunkern, Dopplungen etc.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels der kontinuierlichen Ultraschall-
Prüfmethode die notwendigen Erkenntnisse über die mechanischen
Materialeigenschaften eines plattenförmigen Bauteils vollständig ermöglichen zu
können.
Ausgehend von dem Verfahren nach der US 3 423 991 anfangs genannter Art, sieht
die Erfindung zur Lösung der Aufgabe vor, daß zur Kennzeichnung der Materialeigen
schaften und deren Änderungen, insbesondere der Querzug-, Biege-, Scher- und Ab
hebefestigkeit, die gesamte Übertragungsfunktion der Ultraschallwellenausbreitung als
Funktion der Frequenz herangezogen wird, indem sowohl Primär-, Sekundär- als auch
symmetrische wie antisymmetrische Plattenwellen erregt, empfangen und ausgewertet
und die ausgesandten Wellen schräg, also nicht entlang des kleinsten Querschnitts
des Bauteils, durch das Bauteil empfangen werden. Dazu werden zuerst mit
signalanalytischen Methoden die verschiedenen Wellenarten wie die Primär-, Sekundär-,
die symmetrischen und antisymmetrischen Pattenwellen getrennt und dann sowohl
die Dämpfung wie auch die Geschwindigkeit der verschiedenen Wellentypen in Ab
hängigkeit der Frequenz verwertet.
In einem plattenförmigen Bauteil überlagern sich nämlich die bekannten Wellenarten
zu zwei Typen, der sogenannten symmetrischen und der antisymmetrischen
Plattenwelle. Die Laufstrecke, die diese Wellentypen zur Ausbildung benötigen, wird
durch die Dicke bestimmt. Aus diesem Grunde ist der Abstand der Sensoren, also des
Sender-Radkopfes und des Empfänger-Radkopfes nicht gegenüberliegend, sondern
die Radschallköpfe sind versetzt angeordnet und der Abstand der Radschallköpfe ein
Vielfaches der charakteristischen Dicke der Platte.
Wesentlich zu erwähnen ist noch, daß die symmetrische Plattenwelle eine bestimmte
Eindringtiefe hat. Das heißt, daß hier nicht etwa das ganze Plattenvolumen von der
Welle erfaßt wird, sondern daß deren Amplitude mit dem Abstand von der Oberfläche
abnimmt. Man kann also damit einen schichtähnlichen Bereich erfassen, der auf der
einen Seite von der Oberfläche selbst, auf der anderen Seite aber von der
Eindringtiefe bestimmt wird. Der Abklingkoeffizient und damit die Dicke der Schicht
hängt von der Frequenz ab: Je höherfrequent die Welle, umso geringer deren
Eindringtiefe und umso dünner die Schicht, in der sich die Welle ausbreitet und in der
man damit die Eigenschaften bestimmen kann. Nun wurde festgestellt, daß die
konstruktiv wichtigen Platteneigenschaften in bestimmten Teilen der Platte lokalisiert
sind: Die Abhebefestigkeit ist die Festigkeit in der ersten ungefähr 1 mm dünnen
Schicht, auch Deckschicht genannt, die man also mit geringen Eindringtiefen, also mit
hochfrequenten Wellen, messen kann. Die Biegefestigkeit wird durch die
Materialeigenschaften in einer Schicht einer Dicke von ungefähr einem Fünftel bis
einem Zehntel der Dicke bestimmt, die auch Tragschicht heißt und zu deren Messung
man mittlere Eindringtiefen und somit auch Frequenzen benötigt. Die Querzugfestigkeit
letztendlich wird von den Eigenschaften der Mittelschicht selbst bestimmt, zu deren
Bestimmung man hohe Eindringtiefen, also niedrige Frequenzen, einsetzen muß.
Im folgenden werden weitere Informationen über das begleitende Know how zur
Ermittlung der Materialeigenschaften an plattenförmigen Werkstoffen, hier speziell der
Biege- und Querzugsfestigkeit gegeben. Anhand dieser Ausführungen werden noch
weitere erfinderische Details erläutert.
In der Zeichnung sind einige Bilder dargestellt, mit denen die
Anordnung der Meßaggregate, aber auch die Diagramme dargestellt
sind, in denen die gemessenen Signale aufgeschrieben und so
auswertbar sind. Es zeigen:
Bild 1 eine Prinzipskizze für die Anordnung von Sender und
Empfänger,
Bild 2 die Darstellung nach Bild 1 mit der Anordnung eines zweiten
Empfängerkopfes,
Bild 3 in einem Diagramm das reale Meßsignal, bei dem die
Primärwelle und die Plattenwelle gut unterschieden werden
können. Die Scherwelle ist hier nicht erkennbar.
Bild 4 ein anderes Diagramm mit einem verarbeiteten Signal zur
Bestimmung der Primärwelle. Deutlich ist der Anstieg der
Primärwelle zu erkennen. Daraus ist leicht die Laufzeit zu
bestimmen.
Bild 5 ein Diagramm mit einem verarbeiteten Signal zur Bestimmung
der Laufzeit der Plattenwelle und
Bild 6 ein Diagramm für die bessere Übersicht, in dem die Prozesse
zusammen mit dem Originalsignal zusammen gezeigt sind.
Geber: magnetostriktiv, Mittenfrequenz ungefähr 20 kHz, Bronzelauffläche,
Empfänger: piezoelektrisch, ebenfalls 20 kHz Mittenfrequenz, Lauffläche impedanzangepaßt
an die Spanplatte mit einer Oberfläche aus Glaskugeln, eingebauter Impedanzwandler mit
Hochpaß, Signalübertragung des angepaßten Signals über vergoldete Schleifkontakte auf der
Achse zur Reduzierung der Relativgeschwindigkeiten, temperatursicher bis zu 300 Grad
Celsius.
Die Schallköpfe werden in Laufrichtung in einer Spur um ungefähr 5 × maximale Dicke ver
setzt montiert, damit die unter 2. erwähnten Wellenarten ausgemessen werden können. Somit
wird die Platte schräg durchschallt.
Die Schallköpfe werden durch Gewichte mit einer konstanten Kraft an die Platte angepreßt.
Die Abspeicherung der Signale erfolgt über einen ein- oder zweikanaligen Transientenrekor
der mit einer Auflösung von 12 oder 14 bit, einer Speichertiefe von 2 oder 4 kB und einer
Abtastrate von mindestens 5, besser jedoch 10 MHz.
Zur größeren Sicherheit bei der Auswertung kann bei stark dämpfenden Materialien ein
zweiter Schallkopf in den Fällen verwendet werden, in denen die weiter unten erwähnten P-
Wellensignale für einen Abstand 1 ≧ 5d zu schwach werden. Dann wird mit dem näheren
Kopf nur die P-Welle ausgewertet und mit dem weiter entfernten nur die Plattenwelle. Die
Lage des zweiten Kopfes ist in Bild 2 dargestellt.
In der Platte breiten sich nach einem Abstand von ungefähr der fünffachen Dicke folgende
Wellenzüge aus:
- a. die Primär oder Kompressionswelle (P-Welle)
- b. die Sekundär- oder Scherwelle (S-Welle)
- c. die symmetrische Plattenwelle, die ungefähr 5d zur Ausbildung benötigt,
- d. die antisymmetrische Plattenwelle.
Gut unterscheidbar sind die P-Welle und die symmetrische Plattenwelle. Die Sekundärwelle
kann manchmal sehr gut erkannt werden, manchmal geht sie auch im Rauschen unter oder ist
in Phase mit den Ausläufern der P-Welle. Die antisymmetrische Plattenwelle ist längerwellig
und kann bei kurzen Meßzeiten nicht entdeckt werden. Störungssicher zu messen sind also
nur die P- und die symmetrische Plattenwelle, dies um so mehr, als ihre Amplituden stark
unterschiedlich sind. Bei beiden Wellenarten können Geschwindigkeit und Amplitude sicher
erkannt und ausgewertet werden, woraus somit insgesamt 4 Größen zur Korrelation
resultieren.
Liegen die beiden Schallköpfe gegenüber oder sind nur leicht versetzt, können sich die Plat
tenwellen nicht ausbilden und die Scherwelle ist nicht separierbar. Als einzige dann aber sehr
leicht zu messende Welle bleibt die P-Welle über.
Die P-Welle durchläuft die Platte in ihrer ganzen Dicke und wird somit auch von der Mittel
schicht beeinflußt. Die Plattenwelle hingegen läuft nur durch die Tragschicht und spiegelt
deren Eigenschaften wider. Damit bat man zwei prinzipielle Korrelationsansätze zwischen
- a. den Eigenschaften der P-Welle und der Querzugfestigkeit und
- b. den Eigenschaften der Plattenwelle und der Biegefestigkeit.
Als erste Eigenschaft ist die Geschwindigkeit der entsprechenden Wellenarten einfach zu be
stimmen. Es gilt prinzipiell der Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit c und dem
E-Modul bzw. der Dichte ρ:
Nun kann man die Güte einer Spanplatte durch zwei Maßnahmen erhöhen:
- a. Man erhöht die Dichte bei gleichem Leimanteil. Dann wachsen E und ρ gleichermaßen an und die Geschwindigkeit c wird davon nicht beeinflußt. In diesem Falle zeigt die Laufzeit keine Veränderung an. Mit der Dichte nimmt aber die Dämpfung der Welle ab, da weniger "Luftlöcher" vorhanden sind, und somit wächst die durchgelassene Amplitude, die in diesem Falle als signifikant angenommen werden kann.
- b. Man erhöht den Leimanteil bei gleicher Dichte oder sorgt durch längere Verweilzeit in der
Presse für ein besseres Abbinden. In diesem Fall wird die Dämpfung kaum merklich verän
dert, der E-Modul aber wird höher und somit wächst die Geschwindigkeit an. Die Laufzeit
nimmt ab, die also in diesem Fall als signifikant angenommen werden kann.
Somit kann der Quotient aus Geschwindigkeit und Dämpfungskonstante bzw. derjenige aus transmittierter Amplitude und Laufzeit als signifikant für die Qualität der Spanplatte angesehen werden.
Nach dem oben Angeführten sind also Geschwindigkeit und Amplitude der P- und der Plat
tenwelle im Signal von Bild 3 gleichzeitig zu bestimmen. Als erstes muß man bemerken, daß
eine Spanplatte ein Kontinuum mit statistisch verteilten Eigenschaften ist und daß man hier
Aussagen über Versuche an diesem Kontinuum durchführen muß, deren Ergebnisse also
ebenfalls in gleichem Maße streuen müssen. Man wird also notwendigerweise eine Mittelung
durchführen müssen. Die Anzahl dieser Mittelungen wird nach den bisherigen Erfahrungen
in der Größenordnung von 100 liegen müssen. Mit einer Taktfrequenz von 50 Hz des US-
Generators und einer Laufgeschwindigkeit der Platte von ungefähr 0.1 in/sec integriert man
für mit diesen hundert Messungen über eine Strecke von ungefähr 20 cm, was im Verhältnis
zu den Probenabmessungen eine vernünftige Größe ist.
Zur Laufzeitermittlung geht man folgendermaßen vor: Man bildet den Absolutwert des Si
gnals und davon den Logarithmus. Das Ergebnis wird dann mit dem Doppelten der Mitten
frequenz gefiltert und ist in Bild 4 gezeigt.
Zur Bestimmung der Laufzeit der Plattenwelle quadriert man das Signal und schließt den
analogen Prozeß an. Das Ergebnis ist in Bild 5 zu sehen.
Das Verfahren zur Ermittlung der Dämpfung sei hier noch kurz skizziert: Nach Bestimmung
der Laufzeit wählt man ein festes Intervall ab diesem Zeitpunkt sowohl für die P- wie für die
Plattenwelle, quadriert das Signal und integriert über die Zeit in diesem Intervall. Die resul
tierenden Werte entsprechen der Energiedichte für die entsprechenden Signale.
Als weitere Verarbeitungsmethodik muß hier die Übertragungsfunktion genannt werden.
Man kann zeigen, daß in dieser Funktion alle Informationen enthalten sind, die sich in den
Wellenausbreitungseigenschaften widerspiegeln können. Dieses Werkzeug sei hier kurz prin
zipiell dargestellt.
Gegeben sei eine Kontinuum, durch das eine ebene Welle durchläuft. Die Welle werde in
zwei Punkten P1 mit der Koordinate x1 und P2 mit der Koordinate x2 gemessen, wobei P1
von der Welle als erstes erreicht werde. Den Meßwert in P1 kann dargestellt werden als:
X₁ = ∫ A(ω) exp [i(kx₁-ωt)] dω
mit der Dispersionsrelation
k = k(ω)
und ihrer Umkehrung
ω = ω(k)
Die Dispersionsrelation enthält alle Informationen über die Wellenausbreitung: Die
(frequenzabhängige) Geschwindigkeit c errechnet sich daraus zu
Dabei muß man berücksichtigen, daß k im allgemeinen komplex ist. Der Realteil von c be
schreibt die eigentliche Geschwindigkeit als Funktion der Frequenz, der Imaginärteil die zu
gehörige ebenfalls frequenzabhängige Dämpfung. Alle mechanischen Eigenschaften, die sich
in der Wellenausbreitung widerspiegeln, müssen sich auch in dieser Dispersionsrelation
widerspiegeln.
Im Punkte P2 kann man analog angeben:
X₂ = ∫ A(ω) exp [i(kx₂-ωt)] dω .
Die Fouriertransformierten F1 und F2 der beiden Signale errechnen sich zu:
F₁ = A(ω) exp [ik(ω)x₁]
F₂ = A(ω) exp [ik(ω)x₂]
Die Übertragungsfunktion H ist definiert als der Quotient aus den beiden
Fouriertransformierten:
und enthält damit alle Informationen der Dispersionsrelation. Auf der anderen Seite gibt es in
der Theorie der digitalen Signalanalyse einfache Formalismen zur Berechnung dieser Über
tragungsfunktion, so daß hier ein einfaches, vollständiges und mit vernünftigem Aufwand
bestimmbares Werkzeug zur Beschreibung aller mechanischen Eigenschaften zur Verfügung
steht, die sich in der Wellenausbreitung widerspiegeln. Die oben beschriebenen Größen Ge
schwindigkeit und Dämpfung bilden einen ersten Teil der Informationen , die in der Übertra
gungsfunktion enthalten sind.
Claims (10)
1. Verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien On-line Bestimmung von Quali
tätseigenschaften von plattenförmigen Bauteilen, wie zum Beispiel Spanplatten,
Gipskartonplatten ect. mit Hilfe von Ultraschallwellen, indem das Bauteil in Kon
takt mit zwei Radschallköpfen relativ zu diesen bewegt wird, von denen der Sen
der und der Empfänger mit ausreichendem mechanischen Kontakt auf dem Bau
teil abrollen, wobei der Sender die Schallwellen aussendet und der Empfänger die
beim Durchgang durch das Bauteil in charakteristischer Weise veränderten Signa
le aufnimmt und an eine Auswerteinheit weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Kennzeichnung der Materialeigenschaften und deren Änderungen, insbe
sondere der Querzug-, Biege-, Scher- und Abhebefestigkeit, die gesamte Über
tragungsfunktion der Ultraschallwellenausbreitung als Funktion der Frequenz
herangezogen wird, indem sowohl Primär-, Sekundär- als auch symmetrische wie
antisymmetrische Plattenwellen erregt, empfangen und ausgewertet und die aus
gesandten Wellen schräg, also nicht entlang des kleinsten Querschnitts des
Bauteils, durch das Bauteil empfangen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit
und Dämpfung der Ultraschallwellenausbreitung zur Bestimmung der Materialei
genschaften empfangen und ausgewertet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung
der verschiedenen Wellenarten und deren spezifische Auswertung signalanalyti
sche Methoden, wie z. B. Impuls-Echo-Formalismen, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß unterschiedliche Wellenarten eines Senders von mehr als einem Empfänger
gleichzeitig geortet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erweiterung des Aussagebereichs der Übertragungsfunktion zwei oder
mehr Sender mit unterschiedlicher Mittenfrequenz eingesetzt werden.
6. Anordnung von Ultraschall-Radköpfen mit Frequenzen in ausgewählten Spektral
bereichen auf beiden Seiten eines dreidimensionalen und mit diesem in Druckbe
rührung befindlichen Bauteils, wie Spanplatten, Gipskartonplatten oder Holzplat
ten, zur zerstörungsfreien on-line Bestimmung von Qualitätseigenschaften, zur
Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, indem der Radkopf
als Sender und der andere als Empfänger verwendet und letzterer mit einer Aus
werteinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Sender-Radkopf und
Empfänger-Radkopf nicht gegenüberliegend, sondern versetzt angeordnet sind
und der Abstand (l) der Radschallköpfe ein Vielfaches der charakteristischen
Dicke (d) des Bauteils ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (l) gleich
oder größer als das fünffache der Dicke (d) des Bauteils ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der ver
schiedenen Wellenarten mehr als ein Sender-Radkopf und/oder Empfänger-Rad
kopf mit unterschiedlichem Versatz zur simultanen Sendung und Aufzeichnung
nebeneinander angeordnet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfän
ger-Radkopf auf der gleichen Seite des Bauteils wie der Sender- Radkopf ange
ordnet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit Abstand
voneinander angeordnete Empfänger-Radköpfe dem Sender-Radkopf zugeordnet
sind und der zweite Empfänger-Radkopf weniger als das fünffache der Dicke (d)
von dem Sender-Radkopf entfernt angeordnet ist.
Priority Applications (1)
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DE19944406385 DE4406385C1 (de) | 1994-02-26 | 1994-02-26 | Verfahren zur kontinuierlichen zerstörungsfreien on-line Bestimmung von Qualitätseigenschaften von plattenförmigen Bauteilen und Anordnung von Ultraschall-Radköpfen |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4406385C1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1464958A2 (de) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | IPN Instituto Pedro Nunes- Associaçäo para a Inovaçäo e Desenvolvimento da Ciência e Tecnologia | Methode und Vorrichtung zur automatischen Inspektion von Flachmaterial (Platten) |
EP2607894A1 (de) | 2011-12-23 | 2013-06-26 | Kronotec AG | Verfahren zur zerstörungsfreien Körperschallprüfung von Holzwerkstoffplatten und Vorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren |
CN107870198A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-04-03 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 金属管表面缺陷检测前进传动方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3205702A (en) * | 1963-12-30 | 1965-09-14 | Chemetron Corp | Ultrasonic coupling device |
US3423991A (en) * | 1965-05-21 | 1969-01-28 | Automation Ind Inc | Ultrasonic inspection of plywood panel |
DE1801182B2 (de) * | 1968-10-04 | 1973-11-22 | Stahlwerke Peine-Salzgitter Ag, 3150 Peine | Ultraschall-Prüfung von plattenförmigem Material |
US4409838A (en) * | 1980-07-02 | 1983-10-18 | U.S. Philips Corporation | Ultrasonic diagnostic device |
WO1993014397A1 (en) * | 1992-01-07 | 1993-07-22 | University Of Bradford | Method and apparatus for the identification of species |
US5237870A (en) * | 1991-09-20 | 1993-08-24 | Metriguard Inc. | Stress wave method and apparatus for estimating the structural quality of finger joints |
-
1994
- 1994-02-26 DE DE19944406385 patent/DE4406385C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3205702A (en) * | 1963-12-30 | 1965-09-14 | Chemetron Corp | Ultrasonic coupling device |
US3423991A (en) * | 1965-05-21 | 1969-01-28 | Automation Ind Inc | Ultrasonic inspection of plywood panel |
DE1801182B2 (de) * | 1968-10-04 | 1973-11-22 | Stahlwerke Peine-Salzgitter Ag, 3150 Peine | Ultraschall-Prüfung von plattenförmigem Material |
US4409838A (en) * | 1980-07-02 | 1983-10-18 | U.S. Philips Corporation | Ultrasonic diagnostic device |
US5237870A (en) * | 1991-09-20 | 1993-08-24 | Metriguard Inc. | Stress wave method and apparatus for estimating the structural quality of finger joints |
WO1993014397A1 (en) * | 1992-01-07 | 1993-07-22 | University Of Bradford | Method and apparatus for the identification of species |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
GB-Z.: Ultrasonics, Vol. 30, No. 2, 1992, S. 76-81 * |
US-Z: J.Acoust.Soc.Am., Vol. 91, No. 6, June 1992, S. 3303-3312 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1464958A2 (de) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | IPN Instituto Pedro Nunes- Associaçäo para a Inovaçäo e Desenvolvimento da Ciência e Tecnologia | Methode und Vorrichtung zur automatischen Inspektion von Flachmaterial (Platten) |
EP1464958A3 (de) * | 2003-03-31 | 2010-09-01 | IPN Instituto Pedro Nunes- Associaçäo para a Inovaçäo e Desenvolvimento da Ciência e Tecnologia | Methode und Vorrichtung zur automatischen Inspektion von Flachmaterial (Platten) |
EP2607894A1 (de) | 2011-12-23 | 2013-06-26 | Kronotec AG | Verfahren zur zerstörungsfreien Körperschallprüfung von Holzwerkstoffplatten und Vorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren |
CN107870198A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-04-03 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 金属管表面缺陷检测前进传动方法 |
CN107870198B (zh) * | 2017-08-24 | 2020-11-10 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 金属管表面缺陷检测前进传动方法 |
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