DE880512C

DE880512C - Einrichtung zur Untersuchung von Werkstoffen und Werkstuecken mittels Schallwellen hoher Frequenz

Info

Publication number: DE880512C
Application number: DEP47729A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Breuning
Original assignee: ULTRAKUST GERAETEBAU DR ING OS
Current assignee: ULTRAKUST GERAETEBAU DR ING OS
Priority date: 1949-07-03
Filing date: 1949-07-03
Publication date: 1953-06-22

Description

Einrichtung zur Untersuchung von Werkstoffen und Werkstücken mittels Schallwellen hoher Frequenz Es ist bekannt, Werkstoffe oder Werkstücke mittels Ultraschall auf die erwünschte oder unerwünschte Beschaffenheit, z. B. Fehler, wie Risse, Sprünge, Lunker, Kopplungen usw., zu untersuchen, Diese bekannten Anordnungen bestehen im wesentlichten aus einem Ultraschallerzeuger und einem Ultraschallempfänger, zwischen denen sich, unter Zuhilfenahme eines Koppelmediums, das zu untersuchende Objekt befindet. Alle Inhomogenitäten des Objektes, z. B. Lunker, machten sich durch Intensitätsunterschiede in der empfangenen Schallenergie bemerkbar und sind auf diese Weise zu lokalisieren.
Auch wurden bereits Anordnungen vorgeschlagen, bei denen der Schallerzeuger Schallimpulse abgibt, die an Fehlerstellen starke Reflexionsimpulse aus-1 Ösen, die ihrerseits empfangsseitig aufgenommen werden. Die Anaordnlungen wurden z. B. in Form von Zangen, die das Objekt umfassen, ausgebildet.
Alle bekannten Anordnungen weisen u. a. den großen Nachteil auf, daß die Ankopplung von Schallerzeuger und -empfänger an das zu untersuchende Objekt so mangelhaft ist, daß sich dadurch Fehlerquellen ergeben, weiche die Untersuchungsergebnisse vollständig fälschen.
Durch die Erfindung wird nun eine Einrichtung geschaffen, welche die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet und einwandfreie, reproduzierbare Untersuchungsergebnisse sicherstellt. Die Einrichtung nach der Erfindung besteht aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Gefäß, an dessen einer horizontalen oder vertikalen Seite ein Schallerzeuger und an dessen gegenüberliegender Seite ein oder mehrere Schallempfänger angeordnet sind.
Zwischen Schallerzeuger und empfänger wird das zu untersuchende Objekt in das Gefäß eingeführt.
Gemäß der Erfindung wird der Schallerzeuger in einer solchen Entfernung vom Objekt angeordnet, daß das Nlah£eld vermieden und das. Objekt von einem weitgehend homogenen Schallfeld betroffen wird. Es ist vorteilhaft, das Gefäß demzufolge zweckentsprechend auszubilden, indem z. B. an der dem Schallerzeuger zugekehrten Seite eine Ausbuchtung vorgesehen wird. Sollen Objekte großer Ausdehnung untersucht werden, so werden vorzugsweise mehrere einzelne Schallempfänger, z. B.
Piezoquarze, verwendet, die zweckmäßig schachbrettartig verteilt werden, um ein möglichst großes Feld zu, erfassen.
Gemäß Ider weiteren Erfindung wird jedem einzelnen Schallempfänger ein blesollderes Anzeige-oder Meßgerät zugeordnet und eine Differentialschaltung angewendet, so daß z. B. bei Untersuchung eines fehlerfreien Objektes an keinem der Meßgeräte leine Anzeige erfolgt.
Die einzelnen Schallempfänger brauchen keineswegs immer in einer Ebene angeordnet zu, sein, sondern können entsprechend dem Profil des zu untersuchenden Objektes ohne weiteres in ihrer Anordntung dessen Form angepaßt werden. Eine weitergehende Anpassung kann auch dadurch erreicht werden, daß die Empfindlichkeit der Anzeige-oder Meßgeräte regelbar ausgebildet wird, so daß in jedem Fall, gleichgültig, welche Form das zu untersuchende Objekt besitzt, bei fehlerfreiem Objekt die Meßinstrumente in Nullage bleiben.
Die verwendete Schallfrequenz wird wie üblich auf die Dimension des zu untersuchenden Objektes abgestimmt.
Erfindungsgemäß wird aber zweckmäßig die Schallfrequenz in solchen Grenzen gewobbelt, daß Profildickeschwankungen ausgeglichen werden. Soll z. B. ein Blech mit einer Stärke von 1 mm mit Abweichungen von #0,1mm untersucht werden, so gilt für die Wahl der verwendeten schallwellenlänge die Forderung, daß die halben Schallwellenlängen oder lein ganzes Vielfaches derselben gleich I,I bzw. o, g smm betragen müssen; dies bedeutet, daß I,I bzw. 0,9 mm die Wobbelgrenze darstellt. Die Wobbelfrequenz wird hierbei so gewählt, daß die Anzeige der Instrumente über eine Periode der Wobbelung den Amplituden des durchgehenden Schalls nicht folgt, sondern leinen Mittelwert bildet, bzw. daß die Anzeige nicht flimmert. Dementsprechend wird die Wobbelfrequenz so gewählt, daß sie, als Modulationsfrequenz der Schallfrequenz betrachtet, gegenüber derselben klein ist, z. B. 5o Hz beträgt, Idaß sie aber gegenüber der Eigenfrequenz von mechanischlen Anzeigeinstrumenten groß ist, so daß die Zeiger infolge ihrer Trägheit den Aanplituden des durchgehenden Schalls über 1 Per. der Wobbelung nicht folgen, sondern einen Mittelwert anzeigen. Werden als Anzeigegeräte Brauns-che Röhren verwendet, so ist die untere Grenze der Wobbelfrequenz durch die Flimmerfrequenz des Auges gegeblen, sofern keine -Nachleuchtschirme verwendet werden. Insgesamt ist die untere Grenze der Wobbelfrequenz durch die in den Anzeigegeräten vorhandene mechanische oder elektrische Dämpfung derselben oder durch die Flimmergrenze des Auges bzw. Nachleuchteffekte gegeben.
Gemäß der weiteren Erfindung wird das zu untersuchende Material mit an sich bekannten Vorrichtungen mit regelbarer Geschwindigkeit in das Schallfeld ein und ausgetaucht bzw. durch das SChallfel durchgeführt.
Auch ist es möglich, diese Bewegungsvorrichtung über an sich bekannte Steuermittel durch die Anzeigegeräte der Schallempfänger zu steuern, z. B. anzuhalten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Einrichtungen nach der Erfindung schematisch dargestellt.
Das in Abb. 1 gezeigte, mit Flüssigkeit gefüllte Gefäß 1 ist mit leiner Ausbuchtung2 versehen, in welcher der Schallerzeuger 3 3 angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite des Gefäßes sind mehrere Schallempfänger 4, vorzugsweise schachbrettartig, angeordnlet. Die in dem Schallempfänger erzeugten Ströme werden der Meßanordnung 5 zugeführt. In einer relativ großen Entfernung vom Schallerzeuger 3 wird durch ein Führungsstück 6 im Deckel des Gefäßes das zu untersuchende Objekt 7 eingeführt.
Abb. 2 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung bei vertikaler Anordnung von Schallerzeuger und -empfänger. Am Boden des Gefäßes I ist der Schallerzeuger 3 angebracht, während die Schallempfänger 4 an der oberen, zweckmäßig verschlossenen Öffnung des Gefäßes angeordnet sind. In dieser Ausführung ist die Einrichtung nach der Erfindung besonders geeignet zur Untersuchung flacher Objekte, z. B. Blech, die durch die Durchführungsschlitze 6 eingeführt werden konnen.
Abb. 3 zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Schaltung oder Schallempfänger mit den Meßgeräten. Die mit zwei Elektroden versehenen Schallempfänger 4 sind mit je einer Elektrode mit je einem Meßgerät 8 verbunden. Die anderen Elektroden sind mit einer gemeinsamen Leitungg verhunden, die ebenfalls zu den Meßgeräten 8 geführt ist. Zur Anpassung an die Form, z. B. das Profil der zu untersuchenen Objekte, ist die Empfindlichkeit der einzelnen Meßgeräte 8 regelbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I, Einrichtung zur Untersuchung von Werkstoffen und Werkstücken mittels Schallwellen hoher Frequenz unter Verwendung von Schallerzeugern, Schallempfängern und eines Koppelmediums, dadurch gekennzeichnet, daß an einer horizontalen, oder vertikalen Seite eines mit Flüssigkeit gefüllten Gefäßes ein Schallerzeuger und an dessen gegenüberliegerder Seite ein oder mehrere Schallempfänger angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger in einer relativ großen Entfernung vom zu untersuchenlden Objekt, zweckmäßig in einer Ausbuchtung des Gefäßes, angebracht ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu mehreren einreinen, zweckmäßig schachbrettartig verteilten Schallempfängern, z. B. Piezoquarzen, je ein besonderes Anzeige- oder Meßgerät zugeordnet ist.
4. Einrichtung nach anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeige- oder Meßgeräte eine Differentials- chaltung angewendet wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der einzelnen Schallempfänger der Form, z. B. dem Profil, des zu untersuchenden Objektes angepaßt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit der Anzeige- oder Meßgeräte regelbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Schallfrequenz in solchen Grenzen gewobbelt wird, daß Profildickeschwankungen des zu untersuchenden Objektes, ausgeglichen werden und daß die Wobbelfrequenz so gewählt wird, daß die Anzeige der Anzeigegeräte eine Mittelwertbildung der Amplituden des durchgehenden Schalls über 1 Per. der Wobhelung darstellt, oder nicht flimmert.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausstauchung bzw. Durchführung der zu untersuchenden Objekte in dias Schallfeld bzw. durch das Schallfeld mit an sich bekannten Bewegungsvorrichtungen mit regelbarer Geschwindigkeit erfolgt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die B ewegungsvorrichtungen über an sich bekannte Steuermittel durch die Anzeigegeräte der Schallempfänger gesteuert, z. B. angehalten werden.
10. Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein- bzw. Durchführung der zu untersuchenden Objekte eine der Form, z. B. dem Profil, lanpaßbare Führungseinrichtung vorgesehen ist.

Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 378 237.