DE69024412T2

DE69024412T2 - Ultraschallinspektionsgerät zum Nachweisen von Fehlern in Festkörpern

Info

Publication number: DE69024412T2
Application number: DE1990624412
Authority: DE
Inventors: Yakichi Higo; Shigenori Kazama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2010-05-22
Also published as: DE69024412D1; EP0403807B1; JP2613654B2; EP0403807A3; EP0403807A2; JPH0324454A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallmeßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, zur nichtzerstörerischen Messung von Defekten wie etwa Hohlräumen oder schlecht haftenden Schichten in festen Objekten und Schichtmaterialien.

Beschreibung des Standes der Technik

In der Technik der Ultraschallmessung sind verschidene Methoden zur nichtzerstörerischen Untersuchung von festen Objekten bekannt. Zu diesen Methoden gehören eine Ultraschall-Transmissionstechnik, eine Reflexionstechnik und eine Ultraschall-Resonanztechnik. Welche der obigen Methoden eingesetzt wird, wird üblicherweise je nach Testbedingungen und Anzahl der in der Testvorrichtung verwendeten Wandler entschieden.
Die Meßverfahren können weiter unterteilt werden in ein sogenanntes Vertikalverfahren, Winkelverfahren, Eintauchverfahren, Plattenwellenverfahren, Oberflächenwellenverfahren, Transmissionsverfahren, Dickenmessungsverfahren, das holographische Abbildungsverfahren und das Verfahren mit Fehlstellendetektionsanordnung.
Einige herkömmliche Meßverfahren werden detailliert beschrieben in der dritten Auflage von "The Steel Handbook" Volume IV "Albys: Tests and Analysis", 30. Oktober 1972, veröffentlicht von Maruzen Co. Ltd. auf Seilen 447- 448 unter der Überschrift "Non-destructive Tests".
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Sensoranordnung 51 nach dem Stand der Technik. Eine Gehäuseeinheit 52 umfaßt ein isolierendes Teil 53, das im geschlossenen Ende einer länglichen Bohrung angeordnet ist, eine Feder 54 und einen Ultraschallwandler 55. Die Feder ist so angeordnet, daß sie den Ultraschallwandler 55 gegen das zu untersuchende Objekt 11 vorspannt.
Im Inneren der Gehäuseeinheit 52 ist ein seitliches Pufferelement 56 angeordnet, das dazu dient, den Wandler in Position zu halten und dabei die Gehäuseeinheit 52 gegenüber dem Ultraschallwandler 55 zu isolieren.
Bei Meßvorgängen unter Verwendung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist es üblich, das Resonanzverfahren oder das Reflexionsverfahren zu verwenden. Andererseits ist es in den Fällen, in denen zwei Wandler vorhanden sind, bekannt, die Transmissionstechnik zu benutzen.
Bekanntlich werden bei diesen Verfahren die reflektierten oder durchgelassenen Signale und/oder die Resonanzfrequenzen analysiert, um die Merkmale des zu untersuchenden Objekts zu bestimmen. Bei den obigen Techniken trat jedoch das Problem auf, daß die Stärke und die allgemeinen Merkmale des empfangenen Meßsignals verhältnismäßig stark durch den Druck beeinflußt werden, mit dem die Wandleranordnung mit dem zu untersuchenden Objekt in Anlage gehalten wird. Aus diesem Grund war ein beträchtliches Geschick auf Seiten des Benutzers erforderlich, um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten. Dies hat tendenziell die Anwendbarkeit dieser Verfahren begrenzt und eine allgemeinere Verwendung verhindert.
Folglich bestand Bedarf, eine Technik zu schaffen, durch die ein Ultraschallwandler so mit einem zu untersuchenden Objekt in Anlage gehalten wird, daß kein großes Geschick auf Seiten der Bedienungsperson mehr erforderlich ist.
Ein weiterer Nachteil bei den Ultraschall-Meßvorrichtungen nach dein Stand der Technik besteht darin, daß üblicherweise ein einziger Wandler sowohl zum Senden als auch zum Empfangen des Untersuchungssignals verwendet wird. Wegen dieser Zweifachfunktion müssen Kompromisse bei der Konstruktion des Wandlers gemacht werden, damit er in die Lage verseizt wird, gleichermaßen gut als ein Sender und als ein Empfänger zu dienen. Ein weiteres Problem bei dieser Anordnung besteht darin, daß der Wandler sehr schnell zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden muß und dadurch die Signal-Sende- und Empfangsteile der Steuereinrichtung komplex macht.
Im Hinblick auf die obigen Probleme ist ein Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Klebhaftung zwischen den Schichten von Schichtmaterial und zur Bestimmung der Klebkraft eines Klebstoffs, soweit vorhanden, entwickelt worden, das in JP-A-63-120252 beschrieben wird.
Bei der obigen Vorrichtung verbleibt das Problem, daß immer noch ein hohes Maß an Geschick des Benutzers erforderlich ist, damit zufriedenstellend reproduzierbare Resultate erhalten werden.
Ein Ultraschallmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beschrieben worden in US-A-2 784 325. Diese bekannte Vorrichtung ist dazu ausgebildet, Festkörper zum Beispiel auf Risse zu untersuchen, und umfaßt einen Ultraschallsender, der zwischen den ersten und zweiten Empfangs-Wandlern und in der Nähe derselben angeordnet ist. Da jedoch die Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Empfangs-Wandler mit einer einzigen, gemeinsamen Ausgangssignalleitung verbunden sind, bilden die ersten und zweiten Empfangs-Wandler tatsächlich einen einzigen zweiteiligen Empfangs-Wandler, der den Ultraschallsender teilweise umgibt. Da nur die kombinierten, d.h. addierten Ausgangssignale der ersten und zweiten Empfangs-Wandler auf der einzigen Ausgangs-Signalleitung verfügbar sind, treten bei dieser bekannten Ultraschallmeßeinrichtung ebenfalls die oben genannten Probleme auf, die damit zusammenhängen, daß die empfangenen Signale stark von dem Druck abhängen, mit dem die Vorrichtung mit dem zu untersuchenden Objekt in Anlage gehalten wird.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallmeßgerät dieser Art zu schaffen, das kein besonderes Geschick der Bedienungsperson erfordert, die problemlose Erzielung reproduzierbarer Resultate ermöglicht und einfach zu benutzen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Sensoranordnung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Sensoranordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Berührung mit einem Objekt, das einen Defekt aulweist, wobei die Positionen des Defekts und der jeweiligen Wandler angegeben sind;
Fig. 3b und 3c sind Zeitdiagramme, die graphisch die Fluktuationen in den Signalen zeigen, die von den Empfangs-Wandlern 7 und 9 beim Überfahren der Defektstelle erzeugt werden;
Fig. 3d ist ein Zeitdiagramm, das zeigt, wie der Defekt unter Verwendung eines Wertes Z (erhalten durch Subtraktion der Daten aus Figuren 3(c) und 3(d) voneinander) festgestellt wird, mit einem vorgegebenen Schwellenwert;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ist ein Querschnitt einer Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Querschnitt einer Sensoranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7a und 7b sind waagerechte und vertikale Schnitte einer Sensoranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Schnitt durch eine Sensoranordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, mit einer zugehörigen Meßschaltung, die schematisch dargestellt ist;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist ein Schnitt durch eine Sensoranordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer zugehörigen Meßschaltung, die schematisch dargestellt ist;
Fig. 11 und 12 sind Schnitte einer Sensoranordnung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13 und 14 sind Schnitte einer Sensoranordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 ist ein Schnitt einer Sensoranordnung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 ist ein Schnitt einer Sensoranordnung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 17 ist ein Schnitt einer Sensoranordnung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung eines Wandler-Halters gemäß der Erfindung.

DETAILLIRETE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur 2 zeigt eine Sensoranordnung 101 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sensoranordnung 101 umfaßt eine Gehäuseeinheit 2 mit einer Bohrung oder einem Hohlraum 2a zur Aufnahme eines Senders, in der ein Ultraschallsender 5 angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschall-Meßsignal auszusenden. Empfangs-Wandler 7 und 9, die dazu ausgebildet sind, derartige Signale zu empfangen, sind in zwei Wandler-Aufnahmebohrungen 2b und 2c angeordnet.
Ein aus nachgiebigem Material gebildetes isolierendes Element 3 und eine Feder 4 stützen den Sender 5 in der Bohrung 2a ab. Das obere Ende der Feder 4 ist so angeordnet, daß es an dem isolierenden Element 3 anliegt, das auf der oberen Innenfläche des Aufnahmehohlraums 2a für den Sender angebracht ist. Das untere Ende der Feder 4 stützt den Ultraschallsender 5 ab. Ein seitlicher Puffer 6 ist so in der Mündung der Bohrung 2a angeordnet, daß er den Sender 5 umgibt und diesen gegenüber der Gehäuseeinheit 2 isoliert.
Die Empfangs-Wandler 7, 9 sind mit der Gehäuseeinheit 2 durch Höheneinstelischrauben 8, 10 verbunden, die dazu dienen, die Positionen der Empfangs-Wandler 7 und 9 innerhalb der Bohrungen 2b, 2c festzulegen.
Der Ultraschallsender 5 und die Empfangs-Wandler 7 und 9 sind so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihnen in den horizontalen Richtungen festgelegt ist. Andererseits sind die Höhen der Empfangs-Wandler 7 und 9 einstellbar (d.h., die Wandler sind in vertikaler Richtung einstellbar).
Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Ausführungsform nach Figur 2 mit dem einzigen Ultraschallsender 5 und den zwei Empfangs-Wandlern 7 und 9 gewählt worden, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Es versteht sich jedoch, daß Anordnungen mit mehreren Empfangs- Wandlern und/oder Sende-Wandlem von der Erfindung umfaßt sind.
Wenn bei dieser Anordnung die Sensoranordnung 101 in einem Untersuchungs-/Meß-Vorgang eingesetzt wird, wird sie gegen die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts gehalten, so daß die Empfangs-Wandler 7 und 9 damit in fester Berührung stehen. In diesem Zustand wird der Ultraschallsen der 5 durch die Feder 4 gegen die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts angedrückt. Während die Sensoranordnung 1 in diesem Zustand gehalten wird, wird ein Ultraschallmeßsignal von dem Ultraschallsender 5 ausgesandt. Dieses Ultraschallmeßsignal breitet sich durch das zu untersuchende Objekt aus und wird von den Empfangs-Wandlers 7 und 9 aufgefangen, die in gleichen Abständen zu dem Ultraschallsender 5 angeordnet sind.
Wenn unter den obigen Bedingungen das untersuchte Objekt keine Defekte auiweist, sind die von den jeweiligen Empfangs-Wandlem 7 und 9 empfangenen Signale im wesentlichen identisch. Wenn dagegen ein Defekt oder eine Inkonsistenz in der Nähe eines der Empfangs-Wandler 7 und 9 besteht, zeigen die empfangenen Signale eine Differenz.
In Figur 3 sind der Sender 5 und die Empfangs-Wandler 7 und 9 schematisch in Anlage an einem untersuchten Objekt 11 dargestellt, das einen Defekt oder Hohlraum 12 enthält
Wenn die Positionen des Empfangs-Wandlers 9, des Senders 5 und des Empfangs-Wandlers 7 in der durch den Pfeil in Figur 3 angegebenen Richtung mit X1, X bzw. X2 gegeben sind, die Position des Defekts mit Y gegeben ist und die von den jeweiligen Empfangs-Wandlern 7 und 9 empfangenen Ultraschallsignale f(X1) bzw. f(X2) sind, so kann gezeigt werden, daß unter diesen Bedingungen gilt:
Wenn Y < X1 < X < X2, X1 < X < X2 < Y
dann f(X1) = f(X2);
wenn X1 < Y < X < X2
dann f(X1) > f(X2);
wenn X1 < X < Y < X2
dann f(X1) < f(X2).
Es gilt:
Z = f(X1) - f(X2) (1)
Die Abweichung von Z in entweder positiver oder negativer Richtung um mehr als einen vorgegebenen Betrag zeigt das Vorhandensein eines Defekts in der Nähe der Sensoranordnung an. Um die erforderliche Operation in einem Sensor-Signalprozessor 16 zur Erkennung des Effekts zu vereinfachen, ist es in der Praxis zweckmäßig, einen Schwellenwert oder Slice-Wert festzulegen, wie in Figur 3d illustriert ist, und zu entscheiden, ob der Weil von Z diesen Schwellenwert durchläuft.
Das Merkmal dieser Art von Meßoperation, das sie gegenüber dem Stand der Technik auszeichnet, besteht darin, daß, da die Signale der jeweiligen Empfangs-Wandler 7 und 9 nur miteinander verglichen werden, um den Wert Z zu erhalten, Volumen- oder Frequenzabweichungen oder Verzerrungen in dem Ausgangssignal des Ultraschallsenders 5 tendenziell keinen Einfluß auf den Wert Z in der Weise haben, daß eine Fehlanzeige des Vorhandenseirts eines Defekts 12 in dem Objekt 11 verursacht wird. Somit wird die Verläßlichkeit des erhaltenen Meßsignals dramatisch gesteigert.
In Figur 4 sind die Sensoranordnung 101 und die zugehörige Schaltung schematisch dargestellt. Der Ultraschallsender 5 ist mit einer Ultraschall-Signalquelle 15 verbunden, durch die er angesteuert wird, um das Ultraschall-Meßsignal auszugeben. Dieses Signal breitet sich, wie oben erwähnt wurde, durch das untersuchte Objekt 11 aus. Dieses sich ausbreitende Ultraschallmeßsignal wird von den Empfangs-Wandlers 7 und 9 aufgenommen, die es in ein elektronisches Signal umwandeln, das seinerseits dem Sensor-Signalprozessor 16 zugeführt wird.
Innerhalb des Sensor-Signalprozessors 16 wird das von einem der Empfangs- Wandler 7 und 9 empfangene Signal als Bezugssignal behandelt, mit dem dasjenige des anderen Wandlers verglichen wird, um das Vorhandensein eines Defekts 12 festzustellen. Danach wird das Ergebnis der von dem Sensor- Signalprozessor 16 vorgenommenen Bestimmung, ob ein Defekt 12 vorhanden ist oder nicht, auf einer Anzeigeeinrichtung 17 gezeigt.
Da bei dieser Anordnung der Sensor-Signalprozessor 16 die gemessenen Signale der Empfangs-Wandler 7 und 9 direkt miteinander vergleicht, statt einen festen Wert zu verwenden, wird die Qualität des Kontakts zwischen dem zu untersuchenden Objekt und der Sensoranordnung 101 inhärent in der Datenverarbeitungsstufe kompensiert. Deshalb ist es bei Verwendung der Sensoranordnung 1 gemäß der Erfindung möglich, analoge Verarbeitung zu verwenden, um das Vorhandensein eines Defekts festzustellen.
Zum Beispiel ist es mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 101 möglich, durch Verwendung eines Meßgerätes für die mittlere quadratische Abweichung in Verbindung mit einer differentiellen Eingangssschaltung in dem Sensor-Signalprozessor 16, eine Defekterkennungseinheit zu schaffen, die einfacher anzuwenden ist, verläßlicher ist und einfacher als Ultraschall-Sensoranordnungen nach dem Stand der Technik ist. Zudem werden diese Vorteile mit dieser Anordnung in einem Gerät erreicht, das eine Echtzeit-Anzeige von Defekten in dem untersuchten Objekt bietet.
Ein weiterer Vorteil der Ultraschall-Meßanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Meßsignal nicht mehr auf die üblicherweise in herkömmlichen Anordnungen verwendeten Impulssignale beschränkt ist, sondern so maßgeschneidert werden kann, daß es zu dem Material paßt und ein deutlicheres Bild der inneren Eigenschaften des untersuchten Objekts liefert. Da die Wellenform und Frequenz des Meßsignals nicht beschränkt sind, mag es zum Beispiel wünschenswert sein, ein Signal bereitzustellen, das aus Zufallsrauschen innerhalb eines ausgewählten Frequenzbandes oder Pseudo-Zufallswellenformen bei ausgewählten Frequenzen besteht. Meßsignale im Frequenzband von 0,1 Hz bis 10 MHZ sind mit guten Resultaten verwendet worden.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Sensoranordnung 102 gemäß der Erfindung. Es hat sich gezeigt, daß in Fällen, in denen die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts vollkommen eben ist, es möglich ist, die Feder 4 und die übrigen Pufferelemente fortzulassen und einfach eine Gehäu seeinheit 200 so auszubilden, daß sie den Ultraschallsender 5 und die Empfangs-Wandler 7 und 9 in der Weise hält, daß ihre Sende- und Empfangs- Oberflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Da es andererseits extrem schwierig ist, sicherzustellen, daß die Oberflächen des Ultraschallsenders 5 und der Empfangs-Wandler 7 und 9 perfekt in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts perfekt eben ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Anordnung zu verwenden, in der der Ultraschallsender 5 elastisch montiert ist, um ein genaues Meßsignal sicherzustellen.
In einer Sensoranordnung 103 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung (in Figur 6 gezeigt) ist die Anordnung der Elemente im wesentlichen dieselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme, daß die Höheneinstellschrauben 8 und 9 fortgelassen sind und die Empfangs-Wandler 7 und 9 direkt an der Gehäuseeinheit 201 befestigt sind. Der Ultraschallsender 5 ist wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nachgiebig mit der Gehäuseeinheit 201 gekoppelt. Obgleich die Höhen der Empfangs-Wandler 7 und 9 nicht einstellbar sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, bilden sie somit im wesentlichen nur zwei Berührungspunkte auf einer Linie auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts, wenn die Sensoranordnung damit in Berührung gehalten wird. Der Ultraschallsender 5 wird durch die Feder elastisch gegen die Oberfläche des untersuchten Objekts angedrückt. Somit wird eine Unebenheit oder Krümmung der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts durch die Feder 4 absorbiert oder kompensiert. Deshalb kann die Operation zur Bestimmung der inneren Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts unabhängig von der Krümmung der Oberfläche dieses Objekts präzise vorgenommen werden.
In Figuren 7a und 7b ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer Senscranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sensoranordnung 104 nach dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen nach den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Gehäuseeinheit 202 einen Spalt 202a bildet, und der Ultraschallsender 5 ist so angeordnet, daß er den Empfangs-Wandlern 7 und 9 jenseits des Spaltes 202a gegenüberliegt.
Bei dieser Anordnung nehmen die Empfangs-Wandler 7 und 9 das von dem Ultraschallsender 5 gesendete Ultraschallsignal von der entgegengesetzten Seite des zu untersuchenden Objekts her auf. In dieser Anordnung ist der Ultraschallsender 5 an der Gehäuseeinheit 202 abgestützt mit Hilfe einer Druckeinstellschraube 112, mit der die Position des Ultraschallsenders 5 in bezug auf die Empfangs-Wandler 7 und 9 eingestellt werden kann, und einer Feder 4. Somit ist die Gesamtanordnung in gewisser Weise ähnlich derjenigen einer C-Klemme.
Es ist zu bemerken, daß die Art des Kontaktes zwischen dem Ultraschallsender 5 und den Empfangs-Wandlern 7 und 9 und dem zu untersuchenden Objekt nicht auf direkten Kontakt beschränkt ist. Mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann derselbe Effekt erreicht werden wie bei herkömmlichen Anordnungen, bei denen Öl oder Wasser verwendet wurden und/oder Anordnungen, bei denen Gummireifen verwendet worden sind.
Figur 8 zeigt eine Sensoranordnung 105 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen mit den ersten und dritten Ausführungsbeispielen identisch, mit der wesentlichen Ausnahme, daß die Anzeigeeinrichtung 17 direkt auf der Gehäuseeinheit 203 montiert ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Bedienungsperson der Meßeinrichtung die Anzeigeeinrichtung 17, die den inneren Zustand des zu untersuchenden Objekts in Echtzeit anzeigt, beobachten kann, ohne daß oder ihre Augen von dem untersuchten Objekt abwenden muß. Somit ist es einfach, den Punkt auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts, unter dem sich ein Defekt befindet, visuell auszumachen.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Anzeigeeinrichtung dem Benutzer exakt anzeigen kann, wann und wo an dem Objekt der richtige Kontakt zwischen der Sensoranordnung und dem zu untersuchenden Objekt unzureichend wird, um eine akkurate Anzeige des inneren Zustands des zu untersuchenden Objekts zu ergeben, mit anderen Worten, wann das Ausgangssignal der Empfangs-Wandler 7 und 9 unter einen vorgegebenen Wert abfällt.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Figur 9 gezeigt ist, wird ein Beispiel einer anderen Datenverarbeitungsschaltung gegeben. In dieser Anordnung ist ein Analog-Multiplexer 21 mit mehreren (sechs in diesem speziellen Fall) Wandlern T verbunden. Die Daten des Analog-Multiplexers 21 werden dem Datenverarbeitungsblock 22 und von dort dem Mikroprozessor 23 zugeführt.
Die Wandler T sind von einer Bauart, die ein Ultraschallsignal sowohl senden als auch empfangen kann. Bei dieser Anordnung kann der Multiplexer Signale von einer unter irgendwelchen der Wandler T ausgewählten Gruppe senden und empfangen. Zum Beispiel kann der Multiplexer einen der Wandler T als einen Ultraschallsender und die beiden dazu benachbarten Wandler als Empfangs-Wandler betreiben. Somit werden die Wandler in Dreiergruppen oder "Triplets" betrieben, und es können jeweils drei beliebige Wandler ein Triplet bilden.
Bei dieser Anordnung werden die Triplets sequentiell aus der Vielzahl der Wandler ausgewählt, und ihre Signale werden verarbeitet, um zu entscheiden, ob ein Defekt in der Nähe irgendeines Triplets der Wandler T vorhanden ist. Somit kann ein großer Teil der Oberfläche des Objekts schnell und präzise untersucht werden, ohne daß die einzelnen Wandler T bewegt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß, da die Wandler nicht über die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts bewegt zu werden brauchen, die mechanische Instabilität in der Verbindung zwischen den Wandlern und dem zu untersuchenden Objekt beseitigt wird.
Noch ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß selbst dann, wenn ein Defekt direkt unter einem Sende-Wandler liegt, in welchem Fall von den benachbarten Empfangs-Wandlern im wesentlichen identische Signale erhalten werden, der Wandler, der zuvor den Sender bildete, ein Empfangs-Wandler wird, wenn ein anderes Triplet ausgewählt wird. Folglich erfährt das Signal Z eine Änderung, die einen Defekt anzeigt, und es wird eine genaue Untersuchung gewährleistet.
Obgleich in der Ausführungsform nach Figur 9 die Triplets oder Dreiergruppen verwendet werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, daß auch größere Gruppen möglich sind. Ebenso versteht es sich, daß, obgleich in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die einzelnen Wandler sowohl zum Senden als auch zum Empfang des Ultraschallsignals in der Lage sein müssen, andere Ausführungsformen denkbar sind, bei denen wenigstens zwei der Wandler nur für den Empfang des Signals und die übrigen Wandler nur als Sender ausgebildet sind.
In der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die schematisch in Figur 10 gezeigt ist, wird noch eine andere Ultraschallsensor-Schaltung gezeigt. Diese Anordnung ist im wesentlichen identisch mit der im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß eine Verzögerungsschaltung 24 zwischen einem oder beiden der Empfangs-Wandler und dem Sensor-Signalprozessor 16 vorgesehen ist.
Hierdurch kann eine Kompensation in dem Signal vorgenommen werden in den Fällen, in denen der Abstand zwischen dem Wandler 9, der nicht mit der Verzögerungsschaltung 24 versehen ist, und dem Ultraschallsender 5 größer ist als der Abstand zwischen dem mit der Verzögerungsschaltung 24 verbundenen Empfangs-Wandler 7 und dem Ultraschallsender 5.
Dieses Merkmal ist zweckmäßig in Fällen, in denen die Gehäuseeinheit 204 der Sensoranordnung 107 aus irgendwelchen Gründen so konstruiert werden muß, daß die Abstände zwischen den Wandlem nicht gleich sind.
Es ist bei dieser Anordnung auch möglich, den Abstand zwischen dem Empfangs-Wandler 9 und dem Ultraschallsender 5 zu variieren und die durch die Verzögerungsschaltung 24 an dem von dem Empfangs-Wandler 7 ausgegebenen Signal vorgenommene Verzögerung anzupassen. In solchen Fällen kann der richtige Offset oder die richtige Verzögerung unter Verwendung eines Testwerkstückes eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine Disparilät zwischen den Leistungseigenschaften der betreffenden Empfangs-Wandler 7 und 9 kompensiert werden kann, die durch Faktoren wie die Verwendung unterschiedlicher Typen von Wandlern, unterschiedliche Ausgangscharakteristiken der einzelnen Wandler in einer gegebenen Produktionsserie oder durch Einflüsse der Gehäuseeinheit 204 selbst auf die Ausgangssignale der betreffenden Wandler verursacht werden können.
Da in der folgenden Erfindung der Ultraschallsender 5 und die Empfangs- Wandler 7 und 9 getrennt angeordnet sind, ist es nicht notwendig, ein schnelles Umschalten zwischen der Sende- und Empfangsbetriebsart vorzunehmen, wie dies bei den Ultraschallsensor-Anordnungen nach dem Stand der Technik erforderlich ist.
Da außerdem in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung wenigstens zwei Empfangs-Wandler vorhanden sind, kann automatisch ein Vergleich zwischen den von diesen beiden Wandlern empfangenen Signalen vorgenommen werden, um eine genaue Anzeige der gemessenen Charakteristik des zu untersuchenden Objekts zu erhalten, ohne daß besonderes Geschick auf Seiten der Bedienungsperson benötigt wird.
Noch ein weiterer Vorteil der Ultraschall-Sensoranordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß, da die Sende- und Empfangs-Wandler voneinander verschieden sind und gleichzeitig arbeiten und es nicht wie beim Stand der Technik notwendig ist, die Impulssignale zum schnellen Umschalten zu erzeugen, das vom Ultraschallsender 5 ausgesandte Meßsignal nicht so stark zu sein braucht wie beim Stand der Technik und deshalb die Leistungsanforderungen an die Ultraschall-Signalquelle 15 verringert sind.
Da außerdem kein schnell gepulstes Signal erforderlich ist, kann der Meßvorgang unter stabileren Bedingungen ausgeführt werden als bei herkömmlichen Verfahren.
Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sowohl der Ultraschallsender 5 als auch die Empfangs-Wandler 7 und 9 nicht in der Lage zu sein brauchen, das Ultraschall-Meßsignal sowohl zu senden als auch zu empfangen. Deshalb können die jeweiligen Wandler im Hinblick auf ihre Effizienz für ihre jeweilige Aufgabe ausgewählt werden, statt Kompromisse zu machen, um beide Funktionen leichter zu erfüllen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich unmittelbar aus der Tatsache, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein Meßvorgang schnell und in Echtzeit ausgeführt werden kann.
Wie oben erwähnt wurde, kann die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in "nassen" Anordnungen eingesetzt werden, wie sie im Stand der Technik populär sind, wobei das zu untersuchende Objekt mit einer Schicht aus Öl oder Wasser oder einer ähnlichen Substanz bedeckt ist, oder in Fällen, in denen das zu untersuchende Objekt in ein Fluid oder eine Flüssigkeit eingetaucht ist.
Bei diesen Naß-Methoden und Tauchmethoden besteht jedoch ein Problem darin, daß das Fluid zur Verschmutzung neigt oder andere unerwünschte Effekte auf das zu untersuchende Objekt hat und/oder das Untersuchungsverfahren umständlich macht.
Bei der Entwicklung der Erfindung ist deshalb erwogen worden, aul die in dem "Naß-Verfahren" verwendeten Fluide zu verzichten und stattdessen ein Element aus einem festen hochpolymeren Material (vorzugsweise mit einem relativ kleinen Elastizitätsmodul) zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Ultraschallsender 5 anzuordnen. Auch dabei haben sich jedoch gewisse Nachteile ergeben.
Einige bei diesem Verfahren angetroffene Nachteile hängen mit dem Problem zusammen, daß es schwierig ist, eine perfekte Kopplung zwischen dem Ultraschallsender 5 und der Schicht aus hochpolymerem Material sicherzustellen. Infolgedessen ist die Kopplung nicht stabil genug. Ein anderes Problem bei diesem Verfahren besteht darin, daß das hochpolymere Material infolge seiner Plastizität dazu neigt, dauerhaft verformt zu werden, wenn Kraft auf es ausgeübt wird. Wenn dies auftritt, wird die Qualität der Verbindung zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Element aus hochpolymerem Material in unerwünschter Weise verändert.
Im Hinblick auf das oben genannte Problem im Zusammenhang mit der dauerhaften Beschädigung des Elements aus hochpolymerem Material ist im achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Figur 11 gezeigt ist, eine Sensoreinheit 108 vorgeschlagen worden, bei der ein Ultraschall aussendender Kontakt 13 aus einem hochpolymerem Material besteht. In dieser Ausführungsform ist der Ultraschall aussendende Kontakt 13 so gestaltet, daß er leicht entfernt und ausgetauscht werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel spannt die Feder 4 den Ultraschallsender 5 gegen eine innenseitige Kontaktoberfläche 13e des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 vor.
Der Ultraschall aussendende Kontakt 13 weist einen Flansch 13a auf, der durch die vorspannende Kraft der Feder 4 gegen ein Pufferelement 6 angedrückt wird. Das Pufferelement 6 ist zwischen dem Flansch 13a und einem radial nach innen weisenden Flansch (ohne Bezugszeichen) angeordnet, der am Boden der Gehäuseeinheit 205 ausgebildet ist.
Bei dieser Anordnung kann eine Schicht aus Öl oder Fett zwischen dem Ultraschallsender 5 und der innenseitigen Kontaktoberfläche 13e des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 vorgesehen sein, um die Verbindung dazwischen zu verbessern.
Diese Ausführungsform bringt zwar die Verbesserung, daß der Ultraschall aussendende Kontakt 13 entfernt und ausgetauscht werden kann, hat jedoch den Nachteil gezeigt, daß, wenn die andrückende Kraft zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 nicht ausreicht, der Ultraschall aussendende Kontakt 13 die Tendenz hat, in bezug auf den Kontakt 13 zu verrutschen, was zu dem Problem führt, daß die Betriebskopplung zwischen dem Kontakt und dem Sender unzureichend wird.
Diese Faktoren können zu einer Inkonsistenz in dem von der Sensoranordnung ausgesandten Ultraschall-Meßsignal führen. Wenn andererseits der Anpreßdruck zu groß ist, besteht wiederum das Problem einer Inkonsistenz oder Dispersion in dem ausgegebenen Ultraschallsignal.
Aus diesen Gründen tritt erneut das Problem auf, daß ein relativ großes Geschick des Benutzers erforderlich ist, um ein verläßliches und reproduzierbares Ergebnis von der Sensoreinheit zu erhalten.
Bei der Entwicklung der Erfindung haben die Erfinder durch Experimente und Beobachtung versucht, die Ursache dafür zu finden, daß die Erhöhung des Anpreßdruckes über einen bestimmten Wert zu einer Verschlechterung des Ausgangssignals führt. Diese Studien haben ergeben, daß diese Änderungen in den Eigenschaften des ausgegebenen Meßsignals ihre Ursache in Änderungen der Form der innenseitigen Kontaktoberfläche 13e haben, an welcher der Ultraschallsender 5 anliegt.
Dies liegt daran, daß die Durchmesser des Endes des Ultraschallsenders 5, das an dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 anliegt, und dem Hauptkörper des Ultraschall aussendenden Kontakts 13 kleiner sein müssen als derjenige des Flansches 13a. Dies ist eine mittelbare Folge der Tatsache, daß das Loch 205a im unteren Teil der Gehäuseeinheit 205 größer sein muß als der Außendurchmesser des Ultraschallsenders 5 und des Hauptkörpers des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13, so daß der relativ dünne Flansch 13a sich über die inneren Ränder des Loches 205a hinaus erstrecken muß, damit er auf dem Pufferelement 6 aufliegt.
Da der Flansch 13a relativ schwach ist, hat ein starker Anpreßdruck zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 die Tendenz, den äußeren Umfangsbereich des Flansches 13a nach oben zu biegen, mit dem Ergebnis, daß die innenseitige Kontaktoberfläche 13e konkav wird. Infolge der Plastizität des Materials des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 bleibt diese Konkavität erhalten. Dies führt zur Bildung eines Spaltes 14 zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13, der die Kontaktfläche dazwischen vermindert.
Dieser Spalt 14 hat die Tendenz, die Vollständigkeit der akustischen Kopplung zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 zu zerstören.
Um dieses Problem zu mildern, wurde erwogen, den Flansch 13a dicker zu machen, um die Tendenz zum Durchbiegen zu vermindern. Dies trägt jedoch zu einem erhöhten Gesamtgewicht und einer größeren Länge des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 bei. Da das hochpolymere Material, aus dem der Ultraschall aussendende Kontakt 13 gebildet ist, eine gewisse Tendenz hat, das von dem Ultraschallsender 5 ausgesandte Ultraschallsignal zu absorbieren, führt jede Zunahme der Gesamtlänge des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 tendenziell zu einer Verminderung der Stärke des Ultraschallsignals, das an das zu untersuchende Objekt ausgegeben wird.
Die Lösung, den Flansch 13a dicker zu machen, hat somit den Nachteil, daß die Signalstärke der Einheit verringert wird. Es wurde deshalb gefunden, daß es für die zulässige Länge des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 Grenzen gibt.
Figuren 13 bis 17 zeigen Ausführungsformen, die entwickelt wurden, um die oben erwähnten Nachteile zu überwinden und das Ziel zu erreichen, eine Anordnung zu schaffen, bei der der Ultraschall aussendende Kontakt 13 elastisch montiert ist und der Kontakt zwischen diesem und dem zu untersuchenden Objekt konsistent und stabil aufrechterhalten wird, und um weiterhin eine effiziente Übertragung eines Ultraschall-Meßsignals auf das zu untersuchende Objekt sicherzustellen.
Diese Ausführungsformen sind ferner so ausgebildet, daß der Abstand zwischen dem Berührungspunkt des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 an dem zu untersuchenden Objekt und den Berührungspunkten der Empfangs- Wandler auf einen optimalen Wert eingestellt werden kann.
Wie aus Figur 13 hervorgeht, die ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, ist die Gehäuseeinheit 206 der Sensoranordnung 109 im wesentlichen ähnlich der Anordnung 205 des achten Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich dadurch, daß der innere Umfangsrand der in ihrer Unterseite gebildeten Öffnung mit einem verjüngten Sitz 206d versehen ist. Der Ultraschall aussendende Kontakt 13 ist in dieser Ausführungsform mit einer verjüngten Schulter 13b versehen, die durch das Pufferelement 6 unterstützend in Abstand zu dem verjüngten Sitz 206d gehalten wird.
Bei dieser Anordnung ist die Gesamt-Kontaktqualität zwischen deni Ultraschall aussendenden Kontakt 13 und dem Ultraschallsender 5 verbessert. Um dies zu erklären, wird angenommen, daß, wenn die Kraft der Feder 4 den Ultraschall aussendenden Kontakt 13 in den verjüngten Sitz 206d drückt, der Druck zwischen dem verjüngten Sitz 206d und der verjüngten Schulter 13b die Tendenz hat, die innenseitige Kontaktoberfläche 13e konvex zu verformen, wie in Figur 14 gezeigt ist. Selbst wenn diese Verformung auftritt, hat sie keinen ausgeprägten nachteiligen Effekt auf die Kopplungsstärke zwischen dem Ultraschallsender 5 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13. Deshalb bleibt die Effizienz und Vollständigkeit des dadurch ausgesandten Meßsignals erhalten.
Ein vorteilhafter Effekt, der vermutlich durch diese konvexe Konfiguration erreicht wird, besteht darin, daß in Fällen, in denen Öl oder Fett verwendet wird, um die Kopplung zwischen dem Ultraschallsender 5 und der innenseitigen Kontaktfläche 13e zu verbessern, das Schmiermittel leichter emtreten und den gebildeten ringförmigen Raum ausfüllen kann.
Ob die konvexe Konfiguration der innenseitigen Kontaktfläche 13e auftritt oder nicht, ist noch nicht vollständig bestätigt worden. Nichtsdestoweniger ist die Verformungstendenz der innenseitigen Kontaktfläche 13e während des Gebrauchs beträchtlich verringert und scheint durch den Winkel der verjüngten Schulter 13b beeinflußt zu sein.
Obgleich theoretisch ein beliebiger Verjüngungswinkel für die verjüngte Schulter 13b und den verjüngten Sitz 206d möglich ist, hat sich gezeigt, daß eine Verjüngung im Bereich von 30º bis 60º optimal ist.
Es wurde auch gefunden, daß, während theoretisch eine beliebige Frequenz des Meßsignals bei dem Meßvorgang unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen verwendet werden kann, Frequenzen im Bereich von 0,1 Hz bis 10 MHz die besten Resultate ergeben.
Figur 15 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 110 gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die in Verbindung mit dem achten Ausführungsbeispiel beschriebene Sensoranordnung 109 in einer zweiten äußeren Gehäuseeinheit 31 angeordnet. Die äußere Gehäuseeinheit 31 umfaßt eine äußere Gehäusefeder 34, deren eines Ende an der Oberseite der Gehäuseeinheit 206 anliegt, so daß sie diese in Eingriffsrichtung vorspannt. An ihrem anderen Ende liegt die äußere Gehäusefeder 34 an einem Drucksensor 33 an, der mit Hilfe einer Druckeinstellschraube 32 einstellbar mit der äußeren Gehäuseeinheit 31 verbunden ist.
An ihrer inneren unteren Oberfläche weist die äußere Gehäuseeinheit 31 ein Gehäuse-Pufferelement 35 auf, durch das sie elastisch mit der Gehäuseeinheit 206 gekoppelt ist, und an ihrer Unterseite weist sie ein äußeres Pufferelement 36a auf, durch das sie elastisch von dem zu untersuchenden Objekt isoliert wird.
In dieser Anordnung dient der Drucksensor 33 dazu, die Stärke des Druckes zu erfassen, mit dem der Ultraschall aussendende Kontakt 13 gegen das zu untersuchende Objekt angedrückt wird. Dies ist besonders zweckmäßig in Situationen, in denen der Meßvorgang von Robotern ausgeführt wird. Weil der Anpreßdruck zwischen dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 und dem zu untersuchenden Objekt überwacht und eingestellt werden kaun, ist es außerdem möglich, konsistente und reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten.
Ein weiterer Vorteil, der mit dieser Anordnung erreicht wird, besteht darin, daß der Anpreßdruck des Ultraschallsenders 5 gegen das zu untersuchende Objekt über das Ultraschall aussendende Element 13 unabhängig von den Anpreßdrücken der Empfangs-Wandler 7 und 9 eingestellt werden kann. Dies bietet größere Freiheit bei der Einstellung der Eigenschaften der Sensoranordnung als sie bei den vorherigen Ausführungsformen möglich ist. Es ist zu bemerken, daß die in Figur 15 gezeigte Aufhängungsanordnung, die dort bei dem Ultraschallsender 5 angewandt wird, auch bei den Montageanordnungen für die Empfangs-Wandler 7 und 9 eingesetzt werden kann, um auch die Feinabstimmung ihrer Anpreßdrücke zu erleichtern.
Es versteht sich auch, daß Stellmittel wie etwa ein Motor in der äußeren Gehäuseeinheit 31 angebracht werden können, um die Druckeinstellschraube 32 anzutreiben und den Anpreßdruck des Ultraschall aussendenden Kontaktes 13 in Übereinstimmung mit dem durch den Drucksensor 33 angezeigten Druck einzustellen.
In der in Figur 16 gezeigten Sensoranordnung 111 nach dem elften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Gehäuseeinheit 207 von derjenigen 206 nach den vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, daß sie in obere und untere Gehäuseteile 207a, 207c unterteilt ist, die an einem Gewindeab schnitt 207f zusammengeschraubt sind.
Der obere Gehäuseteil 207a hat einen oberen verjüngten Sitz 207e, dessen Verjüngungsrichtung derjenigen des unteren verjüngten Sitzes 207d entgegengesetzt ist. Die oberen und unteren verjüngten Sitze 207e, 207d bilden zusammen eine im wesentlichen V-förmige Ringnut um den inneren Umfang des unteren Gehäuseteils der Gehäuseeinheit 207. Der untere verjüngte Sitz 207d trägt ein Pufferelement 6.
Der Ultraschall aussendende Kontakt 13 nach dem elften Ausführungsbeispiel hat im wesentlichen eine ähnliche Funktion wie derjenige nach den vorherigen Ausführungsbeispielen, mit der Ausnahme, daß zusätzlich zu der sich nach unten verjüngenden Schulter 13b eine Schulter 13d vorgesehen ist, die sich nach oben verjüngt.
Die untere verjüngte Schulter 13b liegt über das Pufferelement 6 an dem unteren verjüngten Sitz 207d an, während die verjüngte Schulter 13d direkt an dem oberen verjüngten Sitz 207e anliegt.
Wenn bei dieser Anordnung der untere Gehäuseteil 207c fester an dem oberen Gehäuseteil 207a angeschraubt wird, wird die Flexibilität der Verbindung zwischen der Gehäuseeinheit 207 und dem Ultraschall aussendenden Kontakt 13 vermindert. Dieses Anziehen des unteren Gehäuseteils 207c hat die Tendenz, das Ausmaß zu verstärken, in dem der Anpreßdruck, mit dem die Sensoranordnung gegen das zu untersuchende Objekt gedrückt wird, den Anpreßdruck beeinflußt, der zwischen dem Ultraschallsender 5 und deni Ultraschall aussendenden Kontakt 13 auftritt.
Die Sensoranordnung 112 nach dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Figur 17 dargestellt ist, ist im wesentlichen dieselbe wie die in Figur 13 dargestellte, mit der Ausnahme, daß ein Saugnapf 36b an der Unterseite der Gehäuseeinheit 206 hinzugefügt wurde. Deshalb soll die Beschreibung der identischen Teile der Kürze halber fortgelassen werden.
Zu dem Saugnapf 36b gehören ein Evakuierungsrohr 37 und eine Saugpumpe 38. Die Saugpumpe 38 ist dazu ausgebildet, Luft aus der Kammer anzusaugen, die innerhalb des Saugnapfes 36b gebildet wird, wenn dessen unterer Teil an dem zu untersuchenden Objekt anliegt. Auf diese Weise wird durch den Unterdruck in dem Saugnapf 36b die Sensoranordnung stabil in feste Berührung mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts gebracht, so daß ein stabiles Sensor-Ausgangssignal erhalten wird. Die Saugpumpe 38 ist auch so betreibbar, daß wahlweise Atmosphärendruck in der Kammer wieder hergestellt wird, um das Ablösen der Gehäuseeinheit 206 von der Oberfläche des untersuchten Objekts zu ermöglichen.
Wenn die Gehäuseeinheit 206 wie in dem zwölften Ausführungsbeispiel mit einem saugnapfförmigen Pufferelement 36b versehen ist, kann, da der Anpreßdruck des Wandlers durch den Saufnapf 36b bestimmt wird, eine Vielzahl solcher Wandlereinheiten an einem flexiblen Arm 41 angebracht werden, wie in Figur 18 durch die Buchstaben T angegeben wird.
Obgleich in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Feder 4 als elastischer Körper offenbart worden ist, der den Wandler nach unten auf die Oberseite der untersuchten Oberfläche vorspannt, liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß andere Mittel eingesetzt werden können, um die Feder 4 zu ersetzen oder zu ergänzen, beispielsweise eine Stellschraube, ein elastomeres Element oder dergleichen.
Es ist jedoch zu bemerken, daß in Fällen, in denen allein eine Schraube anstelle der Feder 4 verwendet wird, besonders darauf geachtet werden sollte, sicherzustellen, daß das Pufferelement 6 aus einem Material besteht, das ausreichende Nachgiebigkeit aufweist, um zusätzlich die Funktion der elastischen Körpers (d.h. der Feder 4) zu erfüllen.

Claims

1. Ultraschallmeßgerät mit:

- einem Ultraschallsensor (5) zum Emittieren eines Ultraschall-Meßsignals an ein zu untersuchendes Objekt (11),

- einem ersten Empfangs-Wandler (9) zum Empfang des Ultraschall-Meßsignals, das sich durch das zu untersuchende Objekt ausbreitet, und zur Ausgabe eines ersten Empfangssignals (f(X&sub1;)),

- einem zweiten Empfangs-Wandler (7) zum Empfang des Ultraschall-Meßsignals, nachdem es sich durch das zu untersuchende Objekt (11) ausgebreitet hat, und zur Ausgabe eines zweiten Empfangssignals (f(X&sub2;)) und

- einer Gehäuseeinheit (2; 201; 202; 203; 204; 206, 31), die den Ultraschallsender (5), den ersten Empfangs-Wandler (9) und den zweiten Empfangs-Wandler (7) in einer vorgegebenen Beziehung in Abstand zueinander hält,

gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (16) zum Vergleich der ersten und zweiten Empfangssignale und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (Z) durch Subtraktion des zweiten Empfangssignals von dem ersten.

2. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Ultraschallsender (5) und dem zu untersuchenden Oblekt (11) eingefügtes Kontaktelement (13).

3. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (13) aus einem hochpolymeren Material besteht.

4. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (13) lösbar an dem Ultraschallsender (5) angebracht ist.

5. Ultraschallmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (5) elastisch zur Anlage an dem Kontaktelement (13) vorgespannt ist.

6. Ultraschallmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (13) einen Anlagebereich (13a; 13b) aufweist, der an einer elastischen Puffereinrichtung (6) anliegt, um eine elastische Verbindung zwischen dem Kontaktelement (13) und der Gehäuseeinheit (2; 201; 202; 203; 204) herzustellen.

7. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an der elastischen Puffereinrichtung (6) anliegende Anlagebereich einen verjüngten Abschnitt (13b) aufweist.

8. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (5) elastisch an der Gehäuseeinheit (2; 201; 202; 203; 204) abgestützt ist.

9. Ultraschallmeßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (17) an der Gehäuseeinheit (203) vorgesehen ist, zum Anzeigen eines Ergebnis eines von der Vergleichseinrichtung (16) durchgeführten Vergleichs.

10. Ultraschallmeßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens vier Wandler (T), von denen jeder in der Lage ist, ein Ultraschallsignal zu senden und zu empfangen.

11. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Ultraschall-Signalerzeugungseinrichtung (15) zum Erzeugen eines Ultraschallsignals und durch eine Auswahleinrichtung (21, 23) zur Auswahl, welcher der mehreren Wandler (T) angesteuert wird, um ein von der Signalerzeugungseinrichtung (15) erzeugtes Ultraschallsignal zu senden, und welche der übrigen der mehreren Wandler (T) Ultraschallsignale empfangen und Signale an eine Signalverarbeitungseinrichtung (22) ausgeben sollen.

12. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wandler (T) nicht kleiner als sechs ist.

13. Ultraschallmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Wandlern und eine Druckmeßeinrichtung (33), welche Vielzahl von Wandlern in einer Gehäuseeinheit (206, 31) angebracht ist, wobei mindestens ein Wandler aus der Vielzahl der Wandler als Ultraschallsender (5) zum Emittieren eines Ultraschall-Meßsignals betreibbar ist und wenigstens zwei Wandler aus der Vielzahl der Wandler als erste und zweite Empfangs-Wandler (9, 7) zum Empfang eines Ultraschallsignals betreibbar sind und die Druckmeßeinrichtung (33) den Druck mißt, mit dem der wenigstens eine Ultraschallsender (5) gegen das zu untersuchende Objekt (11) angedrückt wird.

14. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Mittel (34) zwischen dem wenigstens einen Ultraschallsender (5) und der Druckmeßeinrichtung (33) vorgesehen sind, um den wenigstens einen Ultraschallsender (5) elastisch in Richtung auf das zu untersuchende Objekt (11) zu drücken.

15. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Ultraschallsender (5) durch die elastischen Mittel (34) zur Anlage gegen ein Kontaktelement (13) gespannt wird, das eine Wirkverbindung zwischen dem Ultraschallsender (5) und dem zu untersuchenden Objekt (11) herstellt.

16. Ultraschallmeßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (33) an einer Druckeinstelleinrichtung (32) vorgesehen ist, die zum Einstellen des Anpreßdruckes betätigbar ist.

17. Ultraschallmeßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseeinheit ein inneres Gehäuse (206) und ein äußeres Gehäuse (31) aufweist, wobei das innere Gehäuse (206) elastisch in dem äußeren Gehäuse (31) montiert ist und der wenigstens eine Ultraschallsender (5) in dem inneren Gehäuse (206) angeordnet ist.

18. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseeinheit (202) einen Spalt (202a) aufweist, in welchen das zu untersuchende Objekt (11) eingeführt werden kann, wobei der Ultraschallsender (5) und die ersten und zweiten Empfangs-Wandler (9, 7) so angeordnet sind, daß der Ultraschallsender (5) sich auf einer Seite des Spaltes (202a) befindet und die ersten und zweiten Empfangs-Wandler (9, 7) auf der anderen Seite des Spaltes (202a) angeordnet sind.

19. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (5) wirkungsmäßig mit einer Druckeinstelleinrichtung (112) verbunden ist, die den Druck einstellt, mit welchem der Ultraschallsender (5) gegen das zu untersuchende Objekt gedrückt wird.

20. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Saugnapf (36b) zum Halten der Gehäuseeinheit (206) an dem zu untersuchenden Objekt (11) aus einem elastomeren Material hergestellt und wahlweise mit einer Unterdruckquelle (38) verbindbar ist.

21. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckmeßeinrichtung (33) zum Messen des Druckes, mit dem der Ultraschallsender (5) gegen das zu untersuchende Objekt gespannt wird.

22. Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Empfangs-Wandler (9) und der zweite Empfangs-Wandler (7) in unterschiedlichen Abständen zu dem Ultraschallsender (5) angeordnet sind und eine Verzögerungseinrichtung (14) vorgesehen ist, zur Verzögerung des Empfangsssignals, das von demjenigen der ersten und zweiten Empfangs- Wandler (9, 7) ausgesandt wird, der näher an dem Ultraschallserder (5) liegt, zum Ausgleich einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Abständen.