DE69331622T2

DE69331622T2 - Verfahren und Vorrichtung für industrielle Ultraschallsteuerung von drehenden Teilen

Info

Publication number: DE69331622T2
Application number: DE69331622T
Authority: DE
Inventors: Lionel Beffy; Najet Chakroun; Alexandre Mathias Fink; Gerard Yves Mangenet; Francois Jean Wu
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: FR2698170A1; FR2698170B1; CA2103193C; EP0598661A1; JP2916072B2; IL107631A; CA2103193A1; DE69331622D1; US5513532A; JPH06213874A; IL107631A0; EP0598661B1; ES2170064T3

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur industriellen Ultraschallprüfung von Teilen durch zeitliches Umkehren, die dazu gedacht sind, innere Fehler wie z. B. Risse, Brüche oder andere Mängel festzustellen, die bei allen drehenden Teilen wie z. B. Turbinenrädern oder Kompressoren vorkommen können.
Es sind bereits zerstörungsfreie Prüfvorrichtungen bekannt, die auf dem Ausstrahlen von Ultraschallwellen beruhen. Zum Beispiel ist in der Schrift FR 2 234 561 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur industriellen Ultraschallprüfung von drehenden Teilen beschrieben, bei dem die Analyse eines Rohrs erfolgt, indem mit mehreren Sonden, die paarweise auf einem Ring sitzen, der sich um das Rohr dreht, eine schraubenförmige Abtastbahn um das Rohr herum verfolgt wird. Diese Vorrichtungen, die besonders für die Überprüfung von metallenen Materialien geeignet sind, erweisen sich jedoch als ungenau, wenn es sich darum handelt, Abweichungen in komplexeren Materialien zu erkennen, die komplexer sind, wie z. B. in Speziallegierungen, Verbundstoffen oder keramischen Stoffen, oder auch in Materialien der Pulvermetallurgie. Bei diesen Materialien, und insbesondere bei Titan, ist es aufgrund starker Störechos, die von der "Abstrahlung" eines solchen Materials rühren, schwierig, ja sogar unmöglich, die von dem Ultraschallstrahler abgegebenen Echosignale zu verwerten.
Aus der Patentschrift FR 2 642 640 ist ferner eine Vorrichtung zur Ortung und Bündelung von Wellen bekannt, die hauptsächlich zur Erkennung und Zerstörung von Steinen in Geweben dient und in einem Verfahren der Ultraschallverstärkung mit Phasenzuordnung eingesetzt wird, das auch "zeitliches Umkehren" genannt werden kann. Dieses Verfahren besteht darin, nach Aussenden eines nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls und Empfang des Echos, das von der zu ortenden Quelle zurückgeschickt wird, dieses Echosignal nach zeitlichem Umkehren von dessen Ausbreitung in der Zeit und dessen Form erneut zu senden.
Dieses im wesentlichen statische Verfahren kann jedoch nicht auf industrielle Weise an drehenden Teilen eingesetzt werden, da es, um zumindest die Ergebnisse der heutigen Systeme zu erzielen, die Einrichtung einer komplizierten und sehr leistungsstarken Mechanik erforderlich machen würde, mit der in sehr kurzer Zeit abwechselnd die Verschiebungen und Stopps ausgeführt werden könnten, die für die Autofokussierung dieser Technik erforderlich sind.
Diese Erfindung hat die Aufgabe, diese Schwierigkeit zu beseitigen und eine Ultraschallprüfung zu ermöglichen, die leistungsstärker ist als die klassische Prüfung, und dabei keine oder nur wenige Änderungen der bestehenden mechanischen Konstruktionen erfordert.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Ultraschallprüfung von drehenden Teilen gelöst, bei dem die Analyse eines Teils an dem in Drehbewegung befindlichen Teil im Bereich von n Analysezonen dieses Teils durchgeführt wird, wobei die n Analysezonen in kreisförmiger Konfiguration in winkelmäßig gleichförmigen Abschnitten nebeneinander liegen, und das aus den folgenden Verfahrensschritten besteht:
a) Aussenden eines nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls von einer Ultraschallstrahlermatrize zu einer ersten Analysezone dieses Teils,
b) Empfang eines ersten Echosignals durch jeden der Ultraschallstrahler der Matrize und Speichern der Verteilung in der Zeit und der Form der ersten Aktivierungssignale, die durch zeitliches Umkehren der ersten empfangenen Echosignale erhalten werden,
c) Wiederholen der Verfahrensschritte a) und b) mit den anderen bestimmten Analysezonen,
d) Aussenden von zuvor bestimmten und in Verfahrensschritt b) gespeicherten Aktivierungssignalen, die sich auf die erste Analysezone des Teils beziehen, im Bereich dieser Zone,
e) Empfang eines zweiten Echosignals durch jeden der Ultraschallstrahler der Matrize und Speichern der neuen Verteilung in der Zeit und der Form der zweiten Aktivierungssignale, die durch zeitliches Umkehren der zweiten empfangenen Echosignale erhalten werden,
f) Wiederholen der Verfahrensschritte d) und e) mit jeder der weiteren vorherigen bestimmten Analysezonen.
Die Technik des zeitlichen Umkehrens ermöglicht eine bessere Fokussierung der Ultraschallwellen allein auf die Fehler in dem analysierten Teil und dadurch die Beseitigung der meisten Störechos, wobei diese Fokussierung im Rahmen der bestehenden mechanischen Konstruktionen dank der Überlappung der verschiedenen Sende-/Empfangszyklen bei der Speicherung durchgeführt werden kann.
Vorteilhafterweise werden die Verfahrensschritte d) bis f) wiederholt, bis eine Autofokussierung auf den größten inneren Fehler erreicht ist. Dann ist es besonders einfach, seine Form und Position zu bestimmen und zu entscheiden, ob das Teil ausgesondert wird oder nicht, wobei die Analyse von dessen Gesamtheit nach einem linearen Verschieben entweder der aufeinander folgenden Scheiben durch ein Verschieben des Sensors in Längsrichtung oder aufeinander folgender Kränze durch ein radiales Verschieben dieses Sensors erfolgt.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des oben genannten Verfahrens vor, die eine Ultraschallstrahlermatrize, Mittel zum Drehen des Teils sowie in Verbindung mit jedem Ultraschallstrahler eine Bearbeitungsstrecke aufweist, die einen Empfänger enthält, der ein Echosignal für einen ersten Speicher abgibt, der seinerseits dieses Signal, nachdem es zeitlich umgekehrt wurde, an einen zweiten Speicher abgibt, der ein Aktivierungssignal erzeugt, das einen mit dem entsprechenden Ultraschallstrahler verbundenen Sender steuert.
Vorteilhafterweise ist dieser zweite Speicher als umlaufender Pufferspeicher organisiert, wobei die auszusendenden Daten bezüglich einer bestimmten Analysezone bei jeder Umdrehung des Teils an den gleichen, bestimmten Plätzen gespeichert werden, wobei dieser zweite Speicher ebenso viele Speicherplätze wie Analysezonen besitzt.
Die Steuerung des Senders wird mit der Drehung des zu analysierenden Teils synchronisiert, um aufeinander folgende erneute Aussendungen im Bereich der gleichen Stellen zu ermöglichen, wodurch bei jeder Drehung des Teils der Autofokussierungsvorgang verstärkt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt diese Synchronisierung des Senders mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung durch Vergleichen der Koordinaten der Aussendepunkte jeder zuvor in einem Speicherregister gespeicherten Zone mit den von einem Kodierer gemessenen Ist-Winkelkoordinaten des Teils.
Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung gehen näher aus der folgenden Beschreibung hervor, die zu Darstellungszwecken und nicht einschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei
Fig. 1 in einer vereinfachten Ansicht im Längsschnitt eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 2 bis Fig. 5 in Prinzipschaltbildern die Hauptphasen der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigen,
Fig. 6 und Fig. 7 in Prinzipschaltbildern die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform zeigen,
Fig. 8 in einem Blockschaltbild die Synchronisationsschaltkreise für die Ausstrahlung von Ultraschallwellen zeigt, und
Fig. 9 in einer Graphik einen Leistungsvergleich hinsichtlich des Signal/Geräusch- Verhältnisses zwischen dem sogenannten Verfahren des zeitlichen Umkehrens und den Verfahren im bisherigen Stand der Technik zeigt.
In Fig. 1 ist im Längsschnitt die Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines drehenden Teils, beispielsweise eines Titanbarrens, in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu sehen.
Diese Vorrichtung besteht aus einer Wanne 1, die mit einer Flüssigkeit zum akustischen Koppeln gefüllt ist, die z. B. mittels eines (nicht dargestellten) Überlaufsystems auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Um die Darstellung zu vereinfachen, wurden die Befüllungs- und Entleerungsleitungen weggelassen. Ein zu prüfendes Teil 2 und ein Ultraschall-Prüfkopf 3 sind in die Wanne 1 eingetaucht. Lager 4 gewährleisten eine strenge Zentrierung des drehenden Teils 2 auf seine Achse XX', und mit Dichtungsmitteln 5 kann ein zu großes Lecken der Koppelflüssigkeit vermieden werden. Der Prüfkopf 3 wird durch einen Halter 6, der auch verstellbar ist, insbesondere höhenverstellbar, streng im rechten Winkel zu der Achse XX' gehalten. Ferner weist die Vorrichtung in bekannter Weise (nicht dargestellte) Mittel auf, um das Teil 2 mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit in Drehbewegung zu versetzen, sowie Mittel 7, 8, um den Prüfkopf 3 in Längsrichtung zu verschieben.
Der Prüfkopf 3 ist ein Einschwinger-Prüfkopf, der aus piezoelektrischen Plättchen besteht, die als Matrize angeordnet sind, wie unten noch beschrieben wird.
Der Einsatz der Tauchwanne 1 bietet zahlreiche Vorteile, und insbesondere wird damit vermieden, dass der Prüfkopf mit dem zu prüfenden Teil in Kontakt kommt, da die Koppelung durch Wasser gewährleistet ist, dem eventuell netzende Produkte wie z. B. Öl beigegeben werden. Dieses Eintauchen ist jedoch im Rahmen dieser Erfindung nicht unbedingt erforderlich, und die Prüfung kann auch erfolgen, indem der Prüfkopf einfach mit einem dünnen Film aus Koppelmittel dazwischen an das zu prüfende Teil gehalten wird.
Das eingesetzte Messprinzip beruht darauf, dass ein Ultraschallwellenzug E abgestrahlt wird, der in das zu prüfende Teil 2 eindringt und von einem Fehler 9 in der Dicke des Teils zum Teil reflektiert 9 wird. Die Abstrahlfrequenz der aufeinanderfolgenden Wellenzüge wird Messfolgefrequenz genannt. Die Prüfung des drehenden Teils 2 erfolgt kontinuierlich, wobei sich das Teil in Drehbewegung befindet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsweise erfolgt die Prüfung scheibenweise durch schrittweises Verschieben des Prüfkopfs 3 in Längsrichtung. In einem anderen Ausführungsbeispiel hingegen, das insbesondere die Analyse dünner Scheiben ermöglicht, erfolgt das Abstrahlen im Bereich eines Kranzes der Scheibe, wobei ein ebenfalls lineares, aber radiales Verschieben des Prüfkopfs dann eine Prüfung der Gesamtheit des Teils ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben, in denen dessen einzelne Phasen dargestellt sind, wobei sich diese Darstellung auf eine einzige Scheibe des Teils beschränkt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird von einer Ultraschallstrahlermatrize 30, die einen nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahl aussendet, die Außenumfangsfläche eines Sektors 21 des zu prüfenden Teils beleuchtet. Dieser Sektor ist exakt definiert, indem das Teil 2 in n Sektoren unterteilt ist, die winkelig gleichmäßig verteilt und mit bestimmten Koordinaten angeordnet sind.
In einem zweiten Schritt wird das Echo gemessen, das jeder der Ultraschallstrahler der Matrize empfangen hat, und in einem ersten Speicher 10 wird die Verteilung in der Zeit und die Form jedes der empfangenen Echosignale gespeichert. Nach dem Prinzip der zeitlichen Umkehrung, wie es in dem oben genannten französischen Patent 2 642 640 beschrieben wird, werden nun diese Echosignale hinsichtlich ihrer Form und ihrer zeitlichen Staffelung zeitlich umgekehrt, d. h. indem ihre zeitliche Abfolge umgekehrt wird, werden die zuletzt empfangenen Signale die Ersten, und die so erhaltenen Aktivierungssignale werden in einem zweiten Speicher 11 gespeichert. Sodann wird dieser Vorgang des Aussendens/Empfangens und Speicherns für jeden der anderen Sektoren wiederholt. Bei beendeter Analyse aller Sektoren sind im zweiten Speicher 11 sämtliche Aktivierungssignale, d. h. umgekehrte Echosignale von der ersten Ausstrahlung des nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls auf die Außenumfangsfläche einer bestimmten Scheibe, verfügbar.
Im nächsten Schritt erfolgt ein erneutes Bestrahlen der Außenumfangsfläche des ersten, zuvor analysierten Sektors mit den zuvor bestimmten Aktivierungssignalen, die sich auf diesen Sektor beziehen und im zweiten Speicher 11 gespeichert sind.
Durch dieses mittels der Ultraschallstrahlermatrize durchgeführte Bestrahlen kann in dem Maße, wie die Ultraschallstrahler eine lineare Reaktion haben oder beim Ausstrahlen und beim Empfangen die gleichen Merkmale aufweisen, eine exakt gebündelte Ultraschallwelle erzeugt werden. Außerdem werden die Verdrehungen, die auf Grund der Streuung in dem Teil 2 beim Hinweg entstehen, durch die Verdrehungen auf dem Rückweg exakt ausgeglichen. In einem weiteren Schritt erfolgt das Empfangen des Echos, das sich aus diesem zweiten Bestrahlen mit den Aktivierungssignalen ergibt, durch jeden der Ultraschallstrahler der Matrize, und die empfangenen Signale werden in dem ersten Speicher 10 gespeichert, um sie zeitlich umzukehren und so an den zweiten Speicher 11 zweite Aktivierungssignale abzugeben, die sich aus dieser zweiten Umkehrung ergeben.
Diese beiden Schritte des Aussendens/Empfangens werden dann für jeden der anderen Sektoren wiederholt, um die analysierte Scheibe in ihrer Gesamtheit abzudecken. Jedes Mal sind die ausgesendeten Aktivierungssignale diejenigen, die sich aus der Umkehrung ergeben, die zuvor an den Echosignalen durchgeführt wurde, die sich aus dem Abstrahlen des nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls auf die Außenumfangsfläche des bestimmten analysierten Sektors ergeben.
Nach der vollständigen Analyse der betreffenden Scheibe sind in dem zweiten Speicher 11 sämtliche zweiten Aktivierungssignale für jeden der n Sektoren verfügbar. Es ist zu bemerken, dass dieser Vorgang des Aussendens/Empfangens so oft wie gewünscht wiederholt werden kann, wobei die Aktivierungssignale, die sich aus jedem neuen Abstrahlen ergeben, anstelle und auf dem Platz der Aktivierungssignale des vorherigen Abstrahlens gespeichert werden. In der Praxis kann man feststellen, dass zwei fokussierte Abstrahlungen nach der anfänglichen nicht fokussierten Abstrahlung (insgesamt drei Durchgänge) ausreichen, um eine Erkennung des größten Fehlers zu ermöglichen. Doch gilt diese Zahl nicht beschränkend, und in Extremfällen kann dieser Fehler sogar schon am Ende des ersten Durchgangs, d. h. am Ende der anfänglichen Abstrahlung des nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls gewonnen werden.
Es werden nun die verschiedenen Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Der gebündelte oder nicht gebündelte Ultraschallwellenstrahl wird von einer Ultraschallstrahlermatrize 30 abgegeben, wobei diese Ultraschallstrahler linear oder zweidimensional angeordnet sein können. Wie bekannt, kann diese Matrize eben oder eventuell auch konkav sein, um eine geometrische Vorfokussierung des Strahls zu gewährleisten.
Mit jedem Ultraschallstrahler ist eine Bearbeitungsstrecke verbunden, die einen Empfänger 32 enthält, der das sich aus dem anfänglichen nicht gebündelten Strahl oder aus weiteren Aktivierungssignalen ergebende Echosignal an den ersten Speicher 10 abgibt, der dann seinerseits das umgekehrte Signal abgibt. Der Aufbau dieser Empfangs-Speicher-Gesamtanordnung kann identisch mit der in dem oben genannten Patent erwähnten sein und beispielsweise einen Probenehmer, einen Analog/Digital-Umsetzer und einen LIFO-Speicher ("last in first out" - letzte Eingabe erste Ausgabe) aufweisen. Dieser Anfangsstrahl wird durch einen Sender 31 erzeugt, der die zu sendenden Daten von dem zweiten Speicher 11 empfängt, der die umgekehrten Echosignale bezüglich jedes der durchlaufenen Sektoren in dem Maße erhält, wie sie erstellt werden.
Fig. 2 zeigt insbesondere die Daten, die nach einem ersten Aussenden/Empfangen eines nicht gebündelten Wellenstrahls in einen ersten Sektor 21 in dem zweiten Speicher 11 gespeichert wurden. Es ist zu bemerken, dass der dem ersten Sektor 21 entsprechende Speicherplatz mit der Nummer 1, der ursprünglich die zeitliche Verteilung und die Form des nicht gebündelten Signals em 0 enthielt, nun mit dem Aktivierungssignal em 1/1 geladen ist, das dem umgekehrten Echosignal entspricht, das sich in Reaktion auf das Senden dieses nicht gebündelten Signals em 0 aus dem empfangenen Echosignal rec 1/0 ergibt. Es ist zu bemerken, dass der Speicherplatz aus einer Gesamtanordnung von Grundspeicherplätzen besteht, die jeweils eine Abtastung des empfangenen Signals speichern können, wobei die Anzahl der Abtastungen von der Signalabtast-Frequenz und der Beobachtungszeit, d. h. der Berücksichtigung der Echos abhängt. Ferner wird das Signal em 0, da der nicht gebündelte Wellenzug dem durch alle Ultraschallstrahler gleichzeitig erfolgenden Aussenden eines Impulses von kurzer Dauer entspricht, vorteilhafterweise von einer Gruppe von Null-Werten, abgesehen von einigen wenigen (deren Anzahl an die Signalabtast-Frequenz gebunden ist), gebildet.
Fig. 3 zeigt insbesondere die Daten, die am Ende der Prüfung eines zweiten Sektors 22, der sich in einer Winkelentfernung von einem Winkel a von dem ersten Sektor befindet, in dem zweiten Speicher 11 gespeichert wurden. Es ist zu bemerken, dass in dem Speicherplatz mit der Nummer 2, der ursprünglich mit dem Signal em 0 geladen war (siehe Fig. 1), nun das Aktivierungssignal em 2/1 gespeichert wird, das dem umgekehrten Echosignal entspricht, das sich in Reaktion auf das Senden des ursprünglichen Signals em 0 im Bereich des zweiten Sektors 22 aus dem empfangenen Echosignal rec 2/0 ergibt.
Wenn die n Sektoren analysiert worden sind, wird der zweite Speicher 11 mit N Aktivierungssignalen em 1/1 bis em Nh geladen, die n Speicherplätze besetzen.
Fig. 4 zeigt insbesondere die Daten, die am Ende des zweiten Prüfdurchgangs des ersten Sektors 21 in dem zweiten Speicher 11 gespeichert wurden. Es ist zu bemerken, dass es zur Gewährleistung eines korrekten Betriebs der Vorrichtung erforderlich ist, dass die aufeinander folgenden Aussendungen in einen und den gleichen Sektor in den gleichen Positionen erfolgen, und dass daher ein Synchronisationssystem erforderlich ist, dessen Aufbau später beschrieben wird. Der Speicher 11 enthält auf seinem ersten Platz das Aktivierungssignal em 1/2, das dem umgekehrten Echosignal entspricht, das sich in Reaktion auf das Absenden des zuvor gespeicherten Aktivierungssignals em 1/1 aus dem empfangenen Echosignal rec 1/1 ergibt und zur Bestrahlung des ersten Sektors 21 gedacht ist. Auf den anderen Speicherplätzen befinden sich selbstverständlich die anderen Aktivierungssignale em 2/1 bis em N/1, die den anderen Sektoren entsprechen. Die Überprüfung des nächsten Sektors 22, dargestellt in Fig. 5. bringt das Laden eines zweiten Aktivierungssignals em 212 anstelle des vorherigen Signals em 2/1 in den zweiten Speicher 11 als Ergebnis der Analyse des vorherigen Durchgangs mit sich. Nachdem mit dem Ende dieses zweiten Durchgangs die Prüfung beendet ist, ist der zweite Speicher 11 mit N Aktivierungssignalen em 2/2 bis em N/2 geladen.
Der obige Vorgang kann so oft wie nötig wiederholt werden, um eine Erkennung der inneren Fehler des zu prüfenden Teils durch Autofokussierung zu erreichen. So ist der zweite Speicher nach i Durchgängen mit den Aktivierungssignalen em 1/i bis em N/i geladen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten Ausführungsweise, mit der dünne Scheiben geprüft werden können. Die Prüfung erfolgt ebenfalls kontinuierlich, wobei sich die Scheibe 2 in Drehbewegung befindet. Hier erfolgt die Analyse in aufeinander folgenden Kränzen 28, wobei ein radiales Verschieben des Ultraschallstrahlers 30 mit einem bestimmten Schritt d'-d eine vollständige Analyse des Teils ermöglicht.
Diese Analyse erfolgt im Bereich von n Sektorabschnitten 29 des Kranzes 28, die die oben definierten n Umfangssektoren darstellen und deren Analyse entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren ausgeführt wird.
Fig. 8 stellt in vereinfachter Weise schematisch die Synchronisationsmittel für die verschiedenen Ausstrahlungen im Bereich der Außenumfangsfläche eines bestimmten Sektors oder im Bereich der Oberfläche eines bestimmten Sektorabschnitts dar.
In bekannter Weise ist ein Kodierer 25 mit den Drehantriebsmitteln des zu prüfenden Teils 2 verbunden und gibt die Winkelposition dieses Teils zu einem bestimmten Bezugspunkt präzise an. Vorteilhafterweise ist dieser Kodierer ein absoluter digitaler Kodierer. Wenn beispielsweise die Koordinaten der Positionen der verschiedenen Aussendungen zuvor in einem Speicherregister 35 gespeichert wurden, ist es dann möglich, mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung 36 durch Vergleichen der gespeicherten Koordinaten mit den von einem Kodierer 25 gemessenen Koordinaten eine Synchronisierung dieser Aussendungen zu erzielen. Während sich das Teil 2 in Drehbewegung befindet, folgen die einzelnen Aussendungen im Rhythmus des Zusammenfallens der Winkelkoordinaten des Teils 2, wie sie der Kodierer 25 abgibt, und der aus dem Speicherregister 35 stammenden Koordinaten aufeinander. Selbstverständlich stellt die Verwendung eines absoluten Kodierer keine einschränkende Notwendigkeit dar, sondern es ist ebenso möglich, eine solche Synchronisierung unter Zuhilfenahme eines Inkremental-Kodierers zu erreichen.
Fig. 9 zeigt die Leistungen des sogenannten zeitlichen Umkehr-Verfahrens im Vergleich zu den klassischen zerstörungsfreien Ultraschall-Prüftechniken hinsichtlich des Signal/Geräusch- Verhältnisses.
Diese statischen Leistungen werden im Rahmen des dynamischen Verfahrens der Erfindung beibehalten. Denn wenn man die heute bei dieser Art von Messung erreichten tangentialen Geschwindigkeiten bedenkt, die in einer Größenordnung von 500 mm/s liegen, lässt sich zeigen, dass die Messfolgefrequenz des Aussendens/Empfangens 50 Hz bei einem Vorrückschritt von 10 mm beträgt, was den industriellen Anforderungen insbesondere hinsichtlich der Prüfzeiten, wie sie bei dem Entwurf dieser erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung festgesetzt wurden, vollkommen entspricht.
Die Messungen erfolgen einerseits mit einem klassischen fokussierten Ultraschallstrahler, der im Rahmen einer klassischen Ultraschall-Prüftechnik eingesetzt wird, und andererseits mit einer Ultraschallstrahlermatrize aus keramischem Verbundstoff, die im Rahmen des sogenannten Verfahrens des zeitlichen Umkehrens eingesetzt wird.
Das getestete Teil ist eine Titanscheibe mit einem Durchmesser von 100 mm, in die zwei Arten von Fehlern eingearbeitet wurden: Löcher mit flachem Grund, mit 0,4 und 0,8 mm Durchmesser und mit unterschiedlichen Tiefen von 10, 20, 65 und 100 mm, sowie pulvermetallurgische Einschlüsse von Unreinheiten mit den Durchmessern 1,1 mm (A4) und 0,7 mm (A5) in Tiefen von 20 mm.
Die Prüfung wurde bei einer konstanten Wassersäule von 120 mm mit einer Frequenz von 3 MHz durchgeführt.
Es ist zu bemerken, dass diese Prüfbedingungen in keiner Weise einschränkend sind, und es wurden auch weitere Analysen unter anderen Bedingungen, z. B. mit einer Frequenz von 5 MHz, durchgeführt.
Dabei wird festgestellt, dass alle oben genannten Fehler erkannt wurden und dass sich ferner das Verfahren des zeitlichen Umkehrens (Kurve 40) als deutlich leistungsstärker erweist als die klassische Prüfung (Kurve 41), da es bei jedem Fehler eine Verbesserung hinsichtlich des SignallGeräusch-Verhältnisses von mindestens 20 dB aufweist und nahezu 30 dB erreichen kann. Es muss also die sehr große Überlegenheit der Analyse innerer Fehler durch das erfindungsgemäße Verfahren festgehalten werden, und zwar um so mehr, da es möglich ist, diese Leistungen noch zu verbessern, indem die Matrize hinsichtlich der Größe der Ultraschallstrahler- Elemente und insbesondere ihres Krümmungsradius verbessert wird.

Claims

1. Verfahren zur Ultraschallprüfung von drehenden Teilen,

dadurch gekennzeichnet,

dass es, da die Analyse eines Teils an dem in Drehbewegung befindlichen Teil im Bereich von n Analysezonen dieses Teils durchgeführt wird, wobei die n Analysezonen in kreisförmiger Konfiguration in winkelmäßig gleichförmigen Abschnitten nebeneinander liegen, aus den folgenden Verfahrensschritten besteht:

a) Aussenden eines nicht gebündelten Ultraschallwellenstrahls von einer Ultraschallstrahlermatrize zu einer ersten Analysezone dieses Teils,

b) Empfang eines ersten Echosignals durch jeden der Ultraschallstrahler der Matrize und Speichern der Verteilung in der Zeit und der Form der ersten Aktivierungssignale, die durch zeitliches Umkehren der ersten empfangenen Echosignale erhalten werden,

c) Wiederholen der Verfahrensschritte a) und b) mit den (n-1) anderen bestimmten Analysezonen,

d) Aussenden von zuvor bestimmten und in Verfahrensschritt b) gespeicherten Aktivierungssignalen, die sich auf die erste Analysezone des Teils beziehen, im Bereich dieser Zone,

e) Empfang eines zweiten Echosignals durch jeden der Ultraschallstrahler der Matrize und Speichern der neuen Verteilung in der Zeit und der Form der zweiten Aktivierungssignale, die durch zeitliches Umkehren der zweiten empfangenen Echosignale erhalten werden,

f) Wiederholen der Verfahrensschritte d) und e) mit jeder der (n-1) weiteren vorherigen bestimmten Analysezonen.

2. Verfahren zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einmal die Verfahrensschritte d) bis f) wiederholt werden.

3. Verfahren zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass das genannte Teil in aufeinanderfolgenden Scheiben analysiert wird, wobei jede Scheibe in n Sektoren unterteilt wird, deren Außenumfangsfläche die genannte Analysezone bildet.

4. Verfahren zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Teil in aufeinanderfolgenden Kränzen analysiert wird, wobei jeder Kranz in n Sektorabschnitte unterteilt wird, deren Oberfläche die genannte Analysezone bildet.

5. Verfahren zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 1 oder 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse einer nachfolgenden Scheibe nach einem Verschieben der Ultraschallstrahlermatrize um einen bestimmten Schritt in Längsrichtung erfolgt.

6. Verfahren zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 1 oder 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse eines nachfolgenden Kranzes nach einem Verschieben der Ultraschallstrahlermatrize um einen bestimmten Schritt in radialer Richtung erfolgt.

7. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von drehenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ultraschallstrahlermatrize (30) aufweist, sowie Mittel zum Drehen des Teils aufweist, so dass nacheinander n Analysezonen der Ultraschallstrahlermatrize gegenüber positioniert werden können, wobei diese n Analysezonen in kreisförmiger Konfiguration gleichmäßig über das Teil verteilt sind, sowie in Verbindung mit jedem Ultraschallstrahler eine Bearbeitungsstrecke aufweist, die einen Empfänger (32) enthält, der ein Echosignal für einen ersten Speicher (10) abgibt, der seinerseits dieses Signal, nachdem es zeitlich umgekehrt wurde, an einen zweiten Speicher (11) abgibt, der ein Aktivierungssignal erzeugt, das einen mit dem entsprechenden Ultraschallstrahler verbundenen Sender (31) steuert.

8. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zweite Speicher (11) als umlaufender Pufferspeicher organisiert ist, wobei die auszusendenden Daten bezüglich einer bestimmten Analysezone bei jeder Umdrehung des Teils (2) an den gleichen, bestimmten Plätzen gespeichert werden, wobei dieser zweite Speicher ebenso viele Speicherplätze wie Analysezonen besitzt.

9. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Senders (31) mit der Drehung des zu analysierenden Teils (2) synchronisiert wird, um aufeinander folgende erneute Aussendungen im Bereich der gleichen Stellen zu ermöglichen.

10. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung des Senders (31) mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung (36) durch Vergleichen der Koordinaten der Aussendepunkte jeder zuvor in einem Speicherregister (35) gespeicherten Zone mit den von einem Kodierer (25) gemessenen Ist-Winkelkoordinaten des Teils (2) erfolgt.