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Vorrichtung zum Feststellen von Störstellen in festen oder flüssigen
Körpern mittels Schall- insbesondere Ultraschallwellen Um in festen oder flüssigen
Körpern vorhandene Störstellen, wie z. B. Risse, Riefen, Lücken, Linker, in festen
und Fremdkörpereinschlüsse in flüssigen Körpern festzustellen, wendet man in bekannter
Weise vorzugsweise die Durchstrahlung mittels Röntgenstrahlen an. Sie ergibt ein
Bild des zu untersuchenden Körpers in der Durchsicht, in welchem die gesuchten Störstellen
im Schattenriß erscheinen, wodurch der Anwendungsbereich der Röntgenstrahlen beschränkt
wird. Abgesehen davon, lassen sich nicht alle Arten von Störstellen ermitteln, sondern
nur solche, deren Röntgenstrahlenabsorption stark von der Absorption ihrer Umgebung
abweicht.
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Es wurde daher zur Untersuchung von Werkstoffen, insbesondere zum
Auffinden von Rissen, welche durch Röntgenstrahlen nicht feststellbar sind, bereits
so verfahren, daß der zu untersuchende Körper von unten her mit Ultraschall bestrahlt
wird, wodurch über dem Prüfling auf der Oberfläche einer ihn bedeckenden Flüssigkeit
(Ö1) eine Kreuselung (stehende Wellen) hervorgerufen wird, wenn der Prüfling praktisch
keine Fehlerstellen aufeist. Beim Vorhandensein genereller Fehlerstellen im Prüfling
bewirkt bei diesem bekannten Verfahren dagegen der durchgehende Ultraschallstrahl
auf der Flüssigkeitsoberfläche keine oder nur eine sehr schwache Kreuselung, wobei
meist immer mehrere Durchstrahlungen an verschiedenen Prüflingsstellen notwendig
sind, um aus dem unterschiedlichen Aussehen der Flüssigkeitsoberfläche einen Schluß
auf das Vorhandensein und gegebenenfalls auf den ungefähren Ort einer Fehlerstelle
ziehen zu können. Die genaue Größe und die Form einer Fehlerstelle werden aber nach
dieser bekannten Methode zum Unterschied vom Erfindungsgegenstand nicht dargestellt.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die. auch zum Feststellen
von Störstellen in festen oder flüssigen Körpern mittels auf die zu U untersuchende
Stelle zu werfender Schall, insbesondere Ultraschallwellen, bestimmt ist, werden
die vorstehend aufgezählten Nachteile vermieden. Die Erfindung besteht darin, daß
ein Empfänger. angeordnet ist, der beim Auftreffen der Schallenergie örtlich in
der Weise beeinflußt wird, daß in ihm ein sichtbares Abbild der Störstelle entsteht.
Es ist auf
diese Weise möglich, unter völliger Vermeidung von langwierigen
Messungen nicht nur das Vorhandensein einer Störstelle oder eines Fremdkörpereinschlusses
sofort einwandfrei festzustellen, sondern auch Form, Größe und Lage derselben zu
ermitteln. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen der Störstelle
und dem Empfänger zusätzlich ein linsenartig wirliendes System angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber den mit Röntgenstrahlen
arbeitendep Prüfgeräten den Vorteil auf, daß ihr Anwendungsbereich ein viel weiterer
ist, insbesondere wiel das Untersuchungsgerät nicht eng an den Ort des zu untersuchenden
Gegenstandes gebunden ist und ein Sichtbarmacllell von Störstellen und Fremdkörpern
auf eine gewisse Entfernung gestattet, ferner weil eine Reihe von Stoffen, welche
infolge ihrer hohen Dichte (Metalle) oder infolge ihres großen Streuvermögens (beispielsweise
Flüssigkeit) für die Röntgendurchleuchtung schlecht geeignet sind, mit der Vorrichtung
nach der Erfindung besonders gut untersucht werden können. Gegenüber den bekannten
Vorrichtungen zur Untersuchung mittels Schall- oder Lltraschallwellen und Messung
der Schallenergie hat die Vorrichtung nach der Erfindung, abgesehen von dem Vorteil,
daß sie einfacher ist und viel genauere Auskunft über Art, Form und Größe der Fehlstelle
gibt, noch den Vorteil daß bei der Untersuchung von flüssigen Körpern auch Bewegungen
mld Veränderungen der Fremdkörper beobachtet werden können, während bei den mit
Schall-oder Ultraschallwellen arbeitenden bekannten Prüfvorrichtumgen gerade durch
solche Bewegungen und Veränderungen die Messung sehr erschwert, wenn nicht unmöglich
gemacht wird.
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CsTm festzustellen, ob in einem zu untersuchenden Körper Störstellen
vorhanden sind, wird in bekannter Weise die vermutete Störungszone des Körpers durch
einen Schallwellen, inshesondere Ultraschallwellen ausstrahlenden Sender angestrahlt.
Die durch die Störstelle hindurch- bzw. an ihr vorbeigehenden Schallstrahlen erzeugen
ein unsichtbares Schallbild der Störstelle, das erfindungsgemäß durch den Empfänger
in ein sichtbares Bild umgewandelt wird. Anstatt in der Durchsicht zu arbeiten,
können auch in bekannter Weise die an der Fehlstelle oder dem Fremdkörper reflektierten
Schallwellen zur Sichtbarmachung verwendet werden.
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Infolge der Ortsunabhängigkeit derLage von Sender und Empfänger von
der aufzusuchenden Störstelle ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
dazu zu benutzen, um bei größerer Entfernung Schlaclieneinschlüsse in einer Schmelze
oder feste Fremdkörper in irgendwelchen anderen Flüssigkeiten, z. B. Wasser, zu
beobachten.
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Als Schallsender kann jeder bekannte Schall- oder Ultraschallsender
verwendet werden, beispielsweise ein in an sich bekannter Weise durch ein elektrisches
Wechsel feld in schnelle Schwingungen versetzter Piezoquarz. Als Empfänger dient
eine gekrümmte oder plane schallempfindliche Fläche, welche die Eigenschaft hat,
an den Stellen der Schallerregung, im Gegensatz zu den nicht erregten Stellen, eine
optisch wahrnehmbare Veränderung zu zeigen. Es kaiin hierzu jeder physikalische
oder chemische vorgang benutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn erfindungsgemäß
als Empfänger in einer flüssigkeit suspendierte feine Metallflitter verwendet werden,
die die Eigenschaft haben, sich an den Stellen der Schallerregung zu den schallwellenfronten
parallel auszurichten, so daß infolge der Spiegelwirkung im auffallenden Licht die
Stellen der Schallerregung wesentlich heller erscheinen als die nicht erregten Stellen.
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Wird zwischen dem abzubildenden Objekt und dem Empfänger eine linsenartig
wirkunde Anordnung vorgesehen, so kann als solche jede Vorrichtung dienen, durch
die die Schallwellen fokussiert werden, beispielsweise ein Hohlspiegel oder ein
Parabolspiegel oder aber ciii linsenartiger Körper, wobei erlindungsgemäß der Stoff
der Linse vorteilhaft so gewählt wird, daß die Fortpflanzungsgeschwindi,,crkeit
des Schalles in ihm von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des umgebendem Mediums
möglichst stark verschieden ist, während die Reflexioiisverluste an den Grenzflächen
möglichst klein sein sollen. Diese linsenartig wirkenden Anordnungen erzeugen dann
ein Schallbild des darzustellenden Objektes auf dem Empfänger genau in derselben
Weise, wie ein~op0tisch abbildendes System ein optisches Bild eines Gegenstandes
entwirft. Es ist auch möglich, von einer stereoskopischen Anordnung Gebrauch zu
machen, wobei dann, unabhängig von der Scharfeinstelung des Empfängers, die räumliche
anordmmg der Störstellen erkennbar wird.
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In dcii Abbildungen sind beispielsweise Anordnungen für die erfindungsgemäße
Vorrichtung schematisch dargestellt. In sämtlichen Abbildungen ist dabei der zu
durchstrahlende Körper mit I und die aufzusuchende Störstelle mit 2 bezeichnet,
Bei der Anordnung gemäß abb. 1 wird die Störstelle 2 durch die durchgehende Strahiung
abgebildet. Durch den Schallsender 3, welcher, um Reflexionsverluste zu vermeiden,
vorteilhaft mit dem Körper I in direkter Berührung steht, wird ein paralleles Schallstrahlenbündel
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erzeugt, das bei 2' ein Schallschattenschild der Störstelle erzeugt.
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Dieses Schallschattenbild wird durch den Empfänger 5 in ein sichtbares
Bild verwandelt.
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Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher zur Erzeugung des Schallbildes
die an der Störstelle 2 reflektierten Schallstrahlen verwendet werden.
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Abb. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abb. I, mit dem Unterschied,
daß durch den Schallsender 3 ein konvergentes Strahlenbündel erzeugt wird. Die Erzeugung
eines scharfen Schallschattenbildes hat nämlich zur Voraussetzung, daß entweder
das Schallstrahlenbündel ein Parallelstrahlenbundel ist oder die Schallstrahlen
von einem punktförmigen Schallsender ausgehen. Da es punktförmige Schallsender nicht
gibt, wird bei der Anordnung gemäß Abb. 3 ein Schallsender 3 verwendet, der erfindungsgemäß
ein konvergierendes Strahlenbündel 4 erzeugt. Im vorliegenden Fall liegt der Konvergenzpunkt
zwischen dem Schallsender und der abzubildenden Störstelle. Der Konvergenzpunkt
stellt dann eine punktförmige Schallstrahlquelle dar, und es wird auf dem Empfänger
ein vergrößertes-scharfes Schattenbild der - Störstelle 2 erzeugt.
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Abb. 4 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der das durch den
Sender 3 erzeugte konvergierende Strahlenbündel 4 an der Störstelle 2 reflektiert
wird.
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Abb. 5 zeigt eine Anordnung, bei der zwischen die abzubildende Störstelle
und den Empfänger ein abbildendes System, das als Linse dargestellt ist, eingeschaltet
ist. Durch dieses ab, bilden, de System werden ebenso wie in der Optik alle von
einem Punkt der Störstelle oder ihres Randes ausgehenden Schallstrahlen in der Ebene
des Empfängers wieder in einem Punkt vereinigt. Es entsteht also in der Empfängerebene
nicht nur wie bei den Anordnungen gemäß Abb. I und 3 ein Schattenbild, sondern eine
schalloptische Abbildung, die ein genaues Bild der Störstelle ist.
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Abb. 6 zeigt eine Anordnung, bei der ebenfalls zwischen Störstelle
und Empfänger ein abbildendes System angeordnet ist, wobei die an der Störstelle
reflektierten Schallstrahlen zur Erzeugung des Bildes verwendet werden.
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Die Anordnungen gemäß Abb. 5 und 6 haben neben dem Vorteil, daß sie
genauere Bilder der Störstelle ergeben, noch den weiteren Vorteil, daß an das Schallstrahlenbündel
und damit an den Schallsender keine so hohen Anforderungen zu stellen sind wie bei
den Anordnungen, bei denen ein Parallelstrahlenbündel oder ein konvergierendes Strahlenbündel
verwendet wird.
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PATENTANSPRCHE: I. Vorrichtung zum Feststellen von Störstellen in
festen oder flüssigen Körpern mittels auf die zu untersuchende Stelle zu werfender
Schall-, insbesondere Ultraschallwellen, gekennzeichnet durch einen Empfänger, der
beim Auftreffen der Schallenergie örtlich in der Weise beeinflußt wird, daß in ihm
ein sichtbares Abbild der Störstelle entsteht.