WO1994000753A9 - Methode zur bestimmung der parameter strukturell-phasischer ungleichmässigkeiten in der obenflächennahen schicht von metallen und legierungen sowie gerät zur praktischen umsetzung dieser methode - Google Patents

Methode zur bestimmung der parameter strukturell-phasischer ungleichmässigkeiten in der obenflächennahen schicht von metallen und legierungen sowie gerät zur praktischen umsetzung dieser methode

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Definitions

  • the inventions belong to the field of defectoscopy and can be used in engineering, aviation, transportation, microelectronics, metalworking and other technical fields to find -ft ⁇ ikture-l-phasic irregularities in the Being ⁇ near-surface layer of metals and alloys and to measure the parameters of these Unevenness can be applied.
  • the known methods and devices do not allow to detect strutural-phasic nonuniformities in near-surface layers of metals and alloys having a depth of 5-10, i. Nonuniformities that may characterize a metal that is pre-destroyed by the surface of stressed details of metals and alloys, thus making it impossible to predict the destruction of these details at an earlier stage of diagnosis.
  • this method does not allow to detect irregularities in fine, up to 10 ⁇ thick near-surface layers of metals and alloys, which are caused by microdeformations of the crystal lattice. This is due to the impossibility to reduce the length of the oscillation wave of the acoustic signal, because in this case the damping coefficient of the acoustic signal in a metal or alloy would rise sharply.
  • this device also has limited possibilities in terms of probing depth and size of the unevenness to be detected.
  • the mentioned method consists in shielding the surface to be examined from external influences, irradiating the shielded surface with ionizing radiation and measuring the contact difference of the potentials according to which the unevenness is assessed.
  • the apparatus for practicing this method consists of a measuring electrode with a protective screen and an intervening protective net, a source of ionizing radiation, which lies under the screen, and an indicator.
  • Page 2 the surface and near-surface layers of metals and alloys in a stage that precedes the surface destruction of claimed details.
  • the result mentioned is achieved by shielding the surface to be tested from external influences which cause an emission of electrical charges.
  • the shielded surface is irradiated with ionizing radiation and the concentration of electric charges in the currents of their carriers, which are due to the natural and secondary (caused by the irradiation) emission, simultaneously on "n" arbitrarily selected fields of the surface to be tested measured.
  • the measured actual values of the concentration of the charges are converted into "n” partial electrical signals corresponding to the number of fields of the surface to be tested. On the basis of these signals the parameters of the irregularities are determined, with "n"> 2.
  • Page 3 The parameters of the irregularities can be determined in various ways. In particular by the conversion of "n" partial electrical signals into a color code, by indication of the obtained color scale and determination of the parameters by comparison of their color components with the given values.
  • the non-uniformity parameters can also be determined by comparing each of "n" partial electrical signals with each of the computationally predefined values Uoi (t, ⁇ ä) which are indicative of possible unevenness parameters of the surface to be examined by determining the minimum value the difference signal based on the results of their comparison
  • N (t) matrix which in turn behaves as a matrix of noise of observation of electric process.
  • the result expected from the use is achieved by virtue of the device having a primary transducer consisting of "n" electrically insulated sensors immovably attached to each other for measuring the concentration of the electrical charges in the streams of their carriers.
  • the primary transducer includes the sensing elements of a shield of conductive material and a source of ionizing radiation disposed in the shielding region equidistant from the sensing elements.
  • the device has a pulse shaper of electrical signals whose inputs are connected to the sensor elements, and a computer block which is connected to the outputs of the converter of the partial electrical signals for reliability in the detection of irregularities and accuracy to increase the determination of their parameters, the device is equipped with a protective net placed under the screen and a measuring stabilizing block whose inputs are connected to the outputs of the converter of the partial electrical signals. The output is connected to the protective network.
  • the device with a device for moving the primary transducer along the surface to be examined with drive and control panel with program block easierrü ⁇ stet, the drive is connected to the control panel.
  • the practical implementation of the computer block may vary depending on the modifaction of the device.
  • the device may be equipped with a control panel with program block and indicator.
  • the computer unit can be designed as a transmitter of color signals whose inputs are connected to the outputs of the converter of the awakel ⁇ len electrical signals and the control panel. The output is connected to the indicator.
  • the computer unit can be designed as a succession of comparison unit, computer for the differential signals, unit for determining the useful signal, multiplication unit and computer for the deformation increase, and calculator of the weight coefficients, whose first inputs are connected to the second
  • Outputs of the computer of the differential signals and the second input to the output of the computer for the deformation increase are connected.
  • the outputs are connected to the control inputs of the multiplication unit.
  • a modulator of the electrical signal and a generator of the reference signal are present, which is connected to the inputs of the modulator of the electrical signal.
  • There is also a generator of expected parameter values the input of which is connected to the output of the deformation gain computer and whose output is connected to the information input of the modulator for the electrical signal. Its outputs, in turn, are connected to the inputs of the comparison unit.
  • the device consists of an unevenness identification unit and an indicator whose second input is connected to the output of the deformation increasing computer. Identification unit and indicator are sequentially connected to the second output of the expected parameter value generator.
  • a further modification may include both variants of the computer unit.
  • the device can be equipped with a control panel with program block and indicators.
  • the computer unit may be in the form of two subsystems, which are connected by a switch to the outputs of the transducer of the partial electrical signals and to the control panel.
  • the first of the subsystems is designed as a transmitter of color signals whose outputs are connected to the first indicator, whose control input is in turn connected to the control panel.
  • the second subsystem consists of (in each case connected in series):
  • the second input is connected to the output of the computer of the deformation increase and the outputs are connected to the control inputs of the multiplication unit.
  • the second subsystem consists of a modulator of the electrical signal and a generator of the reference signal which is connected to the inputs of the modulator of the electrical signal.
  • the second subsystem has a generator of the parameter values to be expected, whose input to the output of the computer for the page 6
  • the second subsystem has a unit for identifying the irregularities which is connected to the second output of the generator of the expected irregularities, the outputs of the computer of the change in shape change and the unit for identifying the irregularities being connected to the second indicator are.
  • the present method for determining the parameters of structural U-phasic inequalities in the near-surface layer of metals and alloys and the device for its practical implementation not only enable the detection of irregularities, but also a quantitative assessment of their parameters. This is achieved by an enhancement of the natural emission of electrical charges from the surface to be examined by means of their irradiation and the use of statistical probability methods in the calculation of the unevenness parameters according to the measured parameters of the emission of charged particles from the surface.
  • FIG. 1 is a functional diagram of the apparatus for determining the parameters of structural-phase irregularities in the near-surface layer of metals and alloys according to the corresponding method.
  • the apparatus comprises a primary transducer 1, consisting of a screen 2, sensor elements 3 for measuring the concentration of electrical charges in the streams of their carriers and a source of ionizing radiation 4.
  • Screen 2 is made of electrically conductive material and has, for example, the shape of a dome which ensures the shielding of a certain area of the surface to be examined.
  • the sensor elements 3 are enclosed by the screen 2. They are electrically insulated and attached to each other immovably in the immediate vicinity of the surface to be examined.
  • the source of the ionizing radiation 4 lies under the screen 2 at the same distance from the sensor elements 3.
  • the primary transformer 1 also has a protective net 5, which is located under the screen 2 and surrounds the sensor elements 3.
  • the number of Füh ⁇ lerettiimplantation is at the given example four.
  • the primary converter 1 is equipped with a device 6 for displacement along the surface to be examined.
  • the drive is connected to the control panel 7.
  • the control panel 7 has a program block (not shown on the drawing) and ensures that the system can be operated automatically both manually and according to a predetermined program.
  • the converter of the partial electrical signals 8 Vni serves to convert the signals obtained from the sensor elements 3 into uninterrupted electrical signals.
  • the outputs of the transducer of the partial electrical signals are connected to the computer unit 11 and to the stabilization unit 10 of the measuring method. Its output is in turn connected to the protective network 5.
  • a stabilization unit 10 can serve a function converter, which converts the output of the arithmetic mean of the partial electrical signals from the outputs of the converter 8.
  • the computer unit is provided for detecting (calculating) the parameters of the structural-phase unevenness in the near-surface layer after the partial electric signals obtained by measurement and conversion.
  • the computer unit 11 is designed in the form of a transmitter of color signals 12 whose inputs are connected to the outputs of the converter of the partial electrical signals 8 and 7 of the control panel. The input is connected to the indicator 13.
  • the computer unit 11 contains in succession a comparison unit 14, a computer for the difference signals 15, a unit for separating a useful signal 16, which consists of high and low frequency filters, a multiplication unit 17 and a computer of the deformation gain 18 as well as a calculator for the weight coefficients 19, a generator of the reference signal 20, a modulator of the electrical signal, a generator of the parameter value 22 to be expected, a unit for identifying the defect 23 and a Indicator 24.
  • control inputs of the multiplication unit 17 are connected to the outputs of the calculator 19 for the weighting coefficients. Its inputs are correspondingly connected to the second outputs of the computer for the differential signals 15 and to the outputs of the computer for the deformation increase 18.
  • the latter is likewise connected to the inputs of the generator of the expected parameter values 22 and to the indicator 24.
  • the outputs of the expected parameter value generator 22 are connected to the inputs of the modulator of the electrical signals 21 and to the inputs of the defect identification unit.
  • the output of this unit in turn is connected to the second input of the indicator 24.
  • the second inputs of the modulator of the electrical signal 21 are connected to the outputs of the generator of the electrical reference signal 20, and the outputs - to the second inputs of theetc ⁇ unit 14.
  • the computer block 11 can consist of two subsystems. The first is carried out after the first variant described above, and the second after the second one.
  • the computer block is additionally equipped with a changeover switch 25 whose information inputs are connected to the outputs of the converter of the partial electrical signals 8.
  • the control input is connected to the control panel 7 and the outputs are correspondingly connected to the inputs of the encoder of the electrical signals 12 and to the inputs of the comparison unit 14.
  • Page 9 The device works in the following way: The primary transducer 1 is moved over the surface to be examined. With the help of the screen 2, a certain part of this surface is shielded and irradiated with ionizing radiation from the radiation source 4 be ⁇ .
  • the sensor elements 3 measure the concentration of the electrical charges in their currents, which are formed by the emission of electrons from the fields of the shielded, irradiated surface and over which the sensor elements 3 are located.
  • the measured signals are transmitted by the sensor elements 3 to the inputs of the transducer of the partial electrical signals 8.
  • the converter 8 forms at the output partial electrical signals Vni (t, ⁇ a), the size of which differs from one another if irregularities on the surface under investigation are present in the measured region.
  • the partial electrical signals reach the unit for stabilizing the measuring method 10, which converts them in the form of their arithmetic mean value. They reach the protection network 5, which compensates for random factors in the emission process.
  • the partial electrical signals are passed to the input of the computer block 11, which detects the presence of irregularities and their parameters.
  • the determination of the irregularities can be made in the Abta ⁇ stung of the surface to be examined, by Ver ⁇ shift of the primary converter 1 on the surface of the metal or the alloy ent speaking a command (a program), from the control panel 7 to the drive the displacement mechanism 'of the primary converter 1 passes.
  • the partial electrical signals are conducted to the inputs of the encoder of the color signals.
  • the converter 12 converts the ankom ⁇ coming partial electrical signals in a color code. This is entered into the indicator 17, which reproduces a color scale whose colors correspond to the state of the surface being examined.
  • the partial electrical signals Vni (t, ⁇ a) are directed from the outputs of the converter 8 to the first inputs of the comparison unit 14, in which each of them is connected to each of the predetermined values Uoi (t, ⁇ a) characterize possible uncharacteristic parameters on individual fields of the surface to be investigated.
  • the generator 22 forms the signal ⁇ ä (t) in the form of an electrical signal, which is passed to the input of the modulator 21. At the other input, the reference signal Uoi (t) from the output of the generator 20 arrives. This signal is modulated by the modulator 21 with the signal ⁇ ä (t).
  • the value of the reference signal is stable. It is selected on the basis of a prediction based on a previous test of the unigoured parameters of one or the other metal to be examined.
  • the differential signals Ei are formed at the outputs of the comparison unit 14, which can be written down in the form of a matrix as follows:
  • the difference signals are conducted to the inputs of the computer of the difference signals 15, which calculates the differences of the comparison results in pairs:
  • the unit for determining a useful signal 16 consists of successively closed filters for high and low frequency signals and ensures a separation of the noise components of the incoming signals at its inputs.
  • the calculated actual values of the weighting coefficients are passed from the outputs of the computer 19 to the control inputs of the multipurification unit 17, which is the multiplication of the signals
  • the calculated values of the increase in the deformation are forwarded to the inputs of the indicator 24 as well as to the inputs of the generator of the expected deformation values 22, which corrects the expected value of the deformation .DELTA.a (t), as well as to the input of the computer of the weight coefficients 19 ,
  • the defect identification unit 23 determines the nature of the unevenness and its parameters. These parameters are passed to the indicator 24 in the form of a corresponding code.
  • the special feature of the device constructed according to the third variant is the fact that the coefficients of unevenness are sometimes determined by the one and then by the other subsystem, which are independent of each other function.
  • the description of the work of these subsystems fully corresponds to the working conditions of the device in the variants described above.
  • the changeover switch 25 takes the Kommutie ⁇ tion of the outputs of the converter 8 with the inputs of either the encoder of Farbsi ⁇ signals 12 or the comparison unit 14 before. Subsequently, the unevenness parameters are determined in the manner described above.
  • the method for determining the parameters of structurally-phasic irregularities, usually microdeformations, in the near-surface layer of metals and alloys consists in the shielding of the surface to be examined from external influences which cause an emission of electrical charges, the bestrah ⁇ treatment of the shielded surface with ionizing radiation and the measurement of the electrical parameters that characterize the ionization process of the shielded surface.
  • This method is characterized in that the concentration of the electrical charges in the currents of their carrier is taken as the electrical parameter to be measured. These are conditioned by natural and secondary, by the irradiation
  • Page 14 emission of carriers of electric charges of "n" arbitrarily selected fields of the shielded surface The measured actual values of the concentration of the charges are converted into “n” partial electrical signals (according to the number of fields of the shielded surface). After these signals the parameters of the irregularities, at "n"> 2 are determined.
  • the method described in point 1 is characterized by stabilizing the process of irradiation of the shielded surface and the measurement of the concentration of electric charges in the currents of its carriers, by the action of an electric field on them Irradiation and measuring range.
  • the electric field has a field strength which is proportional to the arithmetic average value "n" of the partial electrical signals obtained after conversion of the measured actual values of the concentration of the charges.
  • the method described in point 1 is further distinguished by the fact that the shielding of the surface to be examined and its irradiation and the measurement of the concentration of the electrical charges in the emission currents of their carrier by scanning the surface to be examined according to a predetermined program is made.
  • the method described in point 1 is also distinguished by the fact that the determination of the parameters of the irregularities is made by converting "n" partial electrical signals into a color code, by Indi ⁇ cation of the color gamut obtained and determination of the Ung gauge parameters by comparing their Color components with given values.
  • the method described in point 1 is characterized in that the determination of the uniqueness parameters is made by comparing each of "n" partial electrical signals with each of the computationally predetermined values which characterize possible non-uniformity parameters of the surface to be examined. In this case, the minimum value of the difference signal is determined and a useful signal is separated with separation of the high and low frequency components. The useful signal is multiplied by the alternating weight coefficient, which is obtained from the following equation:
  • N (t) matrix which is inversely related to the matrix of the observation sounds of the electrical process
  • the device comprises a primary transducer 1, consisting of a screen 2 from stromlei ⁇ tendem material, a source of ionizing radiation 4 and a knife of the electrical parameters 3, which are mounted in the Ableungs Symposiumh.
  • the device is characterized in that it is equipped with a computer block 11 and a converter of the partial electrical signals 8.
  • the knife of the electrical parameters 3 is designed in the form of "n" electrically immovable immovable mutually mounted sensing elements for measuring the concentration of electric charges in the streams of their carriers.
  • the radiation source is located at the same distance from the sensor elements, which are connected to the computer block 11 by the converter of the partial electrical signals.
  • the device is characterized by the fact that it is equipped with a protective net 5 placed underneath the screen and a unit for stabilizing the measuring process 10.
  • Page 16 is equipped whose inputs are connected to the outputs of the converter of the partial electric Si ⁇ signals 8 and whose output is connected to the protective network 5.
  • the device is characterized by the fact that it is equipped with a mechanism 6 for Verschie ⁇ tion of the primary converter 1 along the surface to be examined with drive and control panel 7 and a program block, the drive of Me ⁇ mechanism 6 to the control panel 7 is connected.
  • the device is characterized in that it is equipped with a control panel 7 with Programm ⁇ block and indicator 13.
  • the computer block 11 is designed in the form of a transmitter 12 of color signals whose inputs are connected to the outputs of the converter of the allocatedl ⁇ len electrical signals 8 and 7 of the control panel. The output is connected to the indicator 13.
  • the device is characterized by the fact that the calculation block is executed in the form of (connected in series).
  • Comparative unit 14 calculator of the difference signals 15, unit for determining a useful signal 16, multiplication unit 17, calculator of the deformation increase 18 and calculator weight coefficients ⁇ , whose first inputs are connected to the second outputs of the computer of the differential signals 15, the second input is with the Outputs of the computer of the deformation, and the outputs are connected to the Steuereingän ⁇ conditions of the multiplication unit 17.
  • the computer block consists of a modulator of the electrical signal 21, a generator of a reference signal 20 connected to the inputs of the modulator of the electrical signal 20, a generator of the expected parameter values 22, its input to the output of the computer of the deformation increase and its output is included in the Info ⁇ nationseingang the modulator of the electrical signal 21.
  • the computer block consists of a unit for identifying irregularities 23 and an indicator 24 whose second input is connected to the output of the computer of the deformation increase 18.
  • Generator 23 and indicator 24 are sequentially connected to the second output of the expected parameter value generator.
  • the device is characterized in that it is equipped with a control panel 7, with Programm ⁇ block and indicators 13, 24.
  • the computer block 11 is designed in the form of two subsystems, which are connected by a switch 25 to the outputs of the converter of the partial electrical signals 8 and to the control panel. It is
  • the second subsystem consists of the following units connected in series: comparator beauty 14, calculator of difference signals 15, unit 16 for separating a useful signal 16, noise generator 17, calculator of the deformation gain 18 and calculator of the weight coefficients 19, whose first inputs are connected to the second output ⁇ gene of the computer of the Differenzagnale 15 and the second input to the output of the computer of the deformation increase 18 are connected.
  • the outputs are connected to the control inputs of the multiplication unit 17.
  • the second subsystem consists of a modulator of the electrical signal 21 and a generator of the reference signal
  • the second subsystem consists of a unit for identifying the unequal fields 23, which is connected to the twelfth output of the generator of the expected parameter values 22.
  • the outputs of the computer of the deformation increase 18 and the unit for identifying the degree of discomfort 25 are connected to the second indicator.

Abstract

Die Erfindung kann zur Erkennung und Messung der Parameter lokaler, strukturell-phasischer Ungleichmäßigkeiten in obenflächennahen Schichten von Metallen und Legierungen benutzt werden. Die Methode besteht in der Bestrahlung der abgeschirmten zu untersuchenden Oberfläche mit ionisierenden Strahlen und Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger gleichzeitig auf 'n' willkürlich ausgewählten Feldern der abgeschirmten Oberfläche mit anschließender Umwandlung dieser Ladungen in partielle elektrische Signale, die durch die Kontaktdifferenz der Signale bestimmt werden. Durch Bearbeitung der erhaltenen Signale erlaubt dies die Feststellung der Ungleichmäßigkeitsparameter. Das Gerät zur Erkennung strukturel-phasischer Ungleichmäßigkeiten umfaßt einen Primärwandler (1), der einen Schirm (2) aus stromleitendem Material sowie eine Quelle der ionisierenden Strahlung (4) und einen Messer der elektrischen Parameter, beide im Abschirmungsbereich angebracht, enthält. Außerdem enthält der Primarwandler einen Wandler der partiellen elektrischen Signale (8) und einen Rechnerblock (11), wobei der Messer der elektrischen Signale in Form von 'n' elektrisch isolierten, unbeweglich zueinander angebrachten Fühlerelementen (3) zur Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger ausgeführt ist.

Description

Methode zur Bestimmung der Parameter strukturell-phasischer Ungleichmäβigkeiten in der obenfiächennahen Schicht von Metallen und Legierungen sowie Gerät zur praktischen Umsetzung dieser Methode
Technisches Gebiet GOI Nr. 27/20
Die Erfindungen gehören in das Gebiet der Defektoskopie und können in Maschinenbau, Luftfahrt, Verkehrswesen, Mikroelektronik, Metallverarbeitung und anderen technischen Bereichen zur Auffindung von -ftπikture-l-phasischen Ungleichmäßigkeiten in der oben¬ fiächennahen Schicht von Metallen und Legierungen sowie zur Messung der Parameter dieser Ungleichmäßigkeiten angewendet werden.
Vorhergehender Stand der Technik
In der modernen Defektoskopie sind Wirbelstrom-, thermoelektrische, röntgenographi- sche, kapillare, akustische und optische Methoden der zerstörungsfreien Zustandskon- trolle von Metallen und Legierungen sowie Geräte zu deren praktischer Umsetzung be¬ kannt, die es erlauben, sowohl auf der Oberfläche als auch im Inneren von Metallen und Legierungen Ungleichmäßigkeiten (Mikrorisse, Blasen, Einschlüsse etc.) zu erkennen und quantitativ zu bewerten ( Gus', A.N.u.a., Redaktion Gus1, A.N., Kiew, Naukova dumka, 1981, S.5-58, 115-145 ).
Allerdings erlauben die bekannten Methoden und Geräte es nicht, struturell-phasische Ungleichmäßigkeiten in obenfiächennahen Schichten von Metallen und Legierungen mit einer Tiefe von 5-10 zu erkennen, d.h. Ungleichmäßigkeiten, die ein vor der Zerstö¬ rung der Oberfläche beanspruchter Details aus Metallen und Legierungen liegendes Sta¬ dium charakterisieren können, was die Prognostizierung einer Zerstörung dieser Details in einem früheren Diagnose-Stadium unmöglich macht.
Es gibt eine Methode zur Erkennimg strukturell-phasischer Ungleichmäßigkeiten in der obenfiächennahen Schicht von Metallen und Legierungen, die aus Sondierung der unter¬ suchten Oberfläche mit aktustischen Wellen, Messung der Intensivität des reflektierten akustischen Signals, Vergleich mit dem vorgegebenen Schwellenwert und Registrierung der für das Vorhandensein von Ungleichmäßigkeiten charakteristischen den Schwellen¬ wert überschreitenden Intensitätswerte besteht ( siehe "Zerstörungsfreie Prüfung" in 5
Seite 1 Bd. , Bd.2 "Akustische Prüfinethoden". Praktisches Lehrbuch/ I.N. Briolov u.a., M., Vy- ss. skola, 1991, S.5 ).
Diese Methode erlaubt es jedoch nicht, Ungleichmäßigkeiten in feinen, bis zu 10 μ dik- ken oberflächennahen Schichten von Metallen und Legierungen zu entdecken, welche durch Mikrodeformationen des Kristallgitters hervorgerufen sind. Dies liegt an der Un¬ möglichkeit, die Länge der Schwingungswelle des akustischen Signals zu verringern, weil dabei der Dämp-ungskoeflϊzient des akustischen Signals in einem Metall oder einer Le¬ gierung stark ansteigen würde.
Ferner gibt es ein Gerät zur Entdeckung von Ungleichmäßigkeiten in oberflächennahen Schichten von Metallen und Legierungen, das aus Ultraschallstrahler, Empfanger des re¬ flektierten Signals, Intensitätsanalysator des reflektierten Signals, Schwellenelement und Indikator besteht ( siehe Urheberschein der UdSSR Nr. 1260851, MKI GOI Nr. 29/04, 1986 ).
Wie das oben beschriebene Verfahren verfugt auch auch dieses Gerät über eingeschränk¬ te Möglichkeiten in bezug Sondierungstiefe und Größeder zu erkennenden Ungleich¬ mäßigkeiten.
Den zum Patent angemeldeten Erfindungen am nächsten kommen die Methode der Er¬ kennung der Parameter strukturell-phasischer Ungleichmäßigkeiten in der oberflächenna- hen Schicht von Metallen und Legierungen und das Gerät zu deren praktischer Umset¬ zung ("Defektoskopie", 1987, Nr. 9, S. 48-52).
Die genannte Methode besteht darin, daß man die zu untersuchende Oberfläche von äu¬ ßeren Einwirkungen absvchirmt, die abgeschirmte Oberfläche mit ionisierenden Strahlen bestrahlt und die Kontaktdi--ferenz der Potentiale mißt, nach welcher man die Ungleich¬ mäßigkeiten beurteilt.
Das Gerät zur praktischen Umsetzung dieser Methode besteht aus einer Meßelektrode mit Schutzschirm und einem dazwischen liegenden Schutznetz, einer Quelle der ionisie¬ renden Strahlung, welche unter dem Schirm liegt, und einem Indikator.
Die bekannten Methoden zur Bestimmung der Parameter von Ungleichmäßigkeiten und die Geräte zu deren praktischer Umsetzung erbringen aufgrund einer Reihe störender- Faktoren keine nützliche Information über srtrukturell-phasische Ungleichmäßigkeiten in
Seite 2 den Oberflächen- und oberflächennahen Schichten von Metallen und Legierungen in ei¬ nem Stadium, das der Oberflächenzerstörung beanspruchter Details vorausgeht.
Darlegung der Erfindung
Die Verwendung der als Erfindungen angemeldeten Methode zur Bestimmung der Pa¬ rameter strukturell-phasischer Ungleichmäßigkeiten in der oberflächennahen Schicht von Metallen und Legierungen und das Gerät zu deren praktischer Umsetzung garantieren ei¬ ne hohe Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Ungleichmäßigkeiten ( Defekten ) sowie eine genaue quantitative Bewertung ihrer Parameter in oberflächennahen Schichten von einer Tiefe von 5 bis 10 μ .
Das genannte Ergebnis wird erreicht, indem man die zu prüfende Oberfläche von äuße¬ ren Einwirkungen, die eine Emission elektrischer Ladungen hervorrufen, abschirmt. Die abgeschirmte Oberfläche wird mit ionisierenden Strahlen bestrahlt und die Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger, die durch die natürliche und se¬ kundäre (durch die Bestrahlung hervorgerufene) Emission bedingt sind, gleichzeitig auf " n " willkürlich ausgewählten Feldern der zu prüfenden Oberfläche gemessen. Die ge¬ messenen Ist-Werte der Konzentration der Ladungen werden in " n " partielle elektri¬ sche Signale entsprechend der Anzahl der Felder der zu prüfenden Oberfläche umgewan¬ delt. Anhand dieser Signale werden die Parameter der Ungleichmäßigkeiten festgestellt, bei " n "> 2.
Die Zuverlässigkeit der Erkennung von Ungleichmäßigkeiten und die Genauigkeit der Bestimmung ihrer Parameter erhöhen sich bei der Anwendung dieses Verfahrens, wenn man den Prozeß der Bestrahlung der abgeschirmten Oberfläche und das Messsen der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger stabilisiert, und zwar indem man mit einem elektrischen Feld, dessen elektrische Feldstärke proportional zum arithmetischen Mittelwert der erhaltenen partiellen elektrischen Signale ist, auf den Bestrahlungs- und Meßbereich einwirkt.
Richtigkeit und Genauigkeit werden erhöht, die Prozeßdauer hingegen verkürzt, wenn die Abschirmung der zu untersuchenden Oberfläche und entsprechend deren Bestrahlung und die Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Emissionsströmen durch Abtastung der zu untersuchenden Oberfläche nach einem vorgegebenen Programm vorgenommen werden.
Seite 3 Die Parameter der Ungleichmäßigkeiten können auf verschiedene Art und Weise festge¬ stellt werden. Insbesondere durch die Umwandlung von " n " partiellen elektrischen Si¬ gnalen in einen Farbcode, durch Indikation der erhaltenen Farbskala und Bestimmung der Parameter durch Vergleich ihrer Farbkomponenten mit den vorgegebenen Werten.
Die Ungieichmäßigkeitsparameter können auch festgestellt werden durch Vergleich eines jeden von " n " partiellen elektrischen Signalen mit einem jeden der rechnerisch vorge¬ gebenen Werte Uoi(t,Δä), die kennzeichnend sind für mögliche Ungieichmäßig¬ keitsparameter der zu untersuchenden Oberfläche, durch Ermittlung des Minimalwertes des Differenzsignals anhand der Ergebnisse ihres Vergleichs
Figure imgf000006_0001
durch Abtrennung eines Nutzsignals πrit einer Separierung seiner Niedrig- und Hochfre- quenzkomponenten und dessen Multiplikation mit dem variablen Gewichtskoeffizienten K , der aus folgender Gleichung gewonnen wird:
Figure imgf000006_0002
f Ü„ f.. Δ « - _,. χ χ)J} κ (i) in der b - experimentell für verschiedene Metalle und Legierungen ermittelter Koeffizient; G(t) - bekannter --M-rusionskoe-Bzient des Defoπnationszuwachses über die
Grenze der Phasentrennung;
N(t) - Matrize, die sich umgekehrt zur Matrize des Rauschens der Beobachtung des elektrischen Prozesses verhält.
Die Ist-Werte des Zuwachses der Ungleichmäßigkeiten werden mit folgender Gleichung berechnet:
$ A Q = i Δ i z i-jΔ a/ 1
Seite 4 Δ Qx, Δay- Komponenten der Größe des Deforamtionsszuwachses und der
Bestimmung der Ungleicl-mäßigkeitsparameter durch Vergleich der errechneten
Werte mit den gegebenen.
Das von der Benutzung erwartete Ergebnis wird dadurch erreicht, daß das Gerät über ei¬ nen Primärwandler verfugt, der aus "n " elektrisch isolierten, zueinander unbeweglich angebrachten Fühlern zur Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger besteht. Der Primärwandler umfaßt die Fühlerelemente eines Schirms aus stromleitendem Material und eine Quelle der ionisierenden Strahlung, die im Abschirmungsbereich im gleichem Abstand von den Fühlerelementen angebracht ist. Das Gerät verfügt darüberhinaus über einen Impulsformer elektrischer Signale, dessen Ein¬ gänge an die Fühlerelemente angeschossen sind, sowie über einen Rechnerblock, der an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale angeschlossen ist .Um die Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Ungleichmäßigkeiten und die Genauigkeit bei der Bestimmung ihrer Parameter zu erhöhen, ist das Gerät mit einem unter dem Schirm an¬ gebrachten Schutznetz sowie einem Meßstabilisierungsblock ausgerüstet, dessen Ein¬ gänge an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale angeschlossen sind. Der Ausgang ist mit dem Schutznetz zusammengeschlossen.
Zur Erhöhung von Zuverlässigkeit und Genauigkeit und zur Abkürzung der Prozeßdauer ist das Gerät mit einer Vorrichtung zur Verschiebung des primären Wandlers entlang der zu untersuchenden Oberfläche mit Antrieb und Schaltpult mit Programmblock ausgerü¬ stet, wobei der Antrieb an das Schaltpult angeschlossen ist.
Die praktische Ausführung des Rechnerblocks kannn je nach Modifaktion des Geräts verschieden sein.
Bei einer dieser möglichen Modifikationen kann das Gerät mit einem Schaltpult mit Programmblock und Indikator ausgerüstet sein. Die Rechnereinheit kann als Geber von Farbsignalen ausgeführt sein, dessen Eingänge an die Ausgänge des Wandlers der partiel¬ len elektrischen Signale und des Schaltpultes angeschlossen sind. Der Ausgang ist mit dem Indikator verbunden.
Bei einer anderen Variante des Geräts kann die Rechnereinheit ausgeführt sein als Auf¬ einanderfolge von Vergleichseinheit, Rechner für die Differenzsignale, Einheit zur Ab¬ sonderung des Nutzsignals, Multiplikationseinheit und Rechner für den Deformationszu¬ wachs sowie Rechner der Gewichtskoeffizienten, dessen erste Eingänge mit den zweiten
Seite 5 Ausgängen des Rechners der Differenzsignale und der zweite Eingang mit dem Ausgang des Rechners für den Deformationszuwachs verbunden sind. Die Ausgänge sind mit den Steuereingängen der Multiplikationseinheit verbunden. Außerdem sind ein Modulator des elektrischen Signals und ein Generator des Referenzsignals vorhanden, welcher an die Eingänge des Modulators des elektrischen Signals angeschlossen ist. Ferner gibt es einen Generator der erwarteten Parameterwerte, dessen Eingang an den Ausgang des Rechners für den Deformationszuwachs und dessen Ausgang an den Infoπ- ationsein- gang des Modulators für das elektrische Signal angeschlossen sind. Dessen Ausgänge wiederum sind an die Eingänge der Vergleichseinheit angeschlossen. Außerdem besteht das Gerät aus einer Einheit zu Identifizierung der Ungleichmäßigkeiten und aus einem Indikator, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Rechners für den Deformations- zuwachs verbunden ist. Identifizierungseinheit und Indikator sind nacheinander an den zweiten Ausgang des Generators der erwarteten Parameterwerte angeschlossen.
Eine weitere Modifikation kann beide Ausführungsvarianten der Rechnereinheit beinhal¬ ten:.
Das Gerät kann mit einem Schaltpult mit Programmblock und Indikatoren ausgerüstet sein. Die Rechnereinheit kann in Form zweier Untersysteme ausgeführt sein, die durch einen Umschalter an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale und an das Schaltpult angeschlossen sind. Dabei ist das erste der Untersysteme als Geber von Farbsignalen ausgeführt, dessen Ausgänge an den ersten Indikator angeschlossen sind, dessen Steuereingang wiederum mit dem Schaltpult verbunden ist. Das zweite Untersy¬ stem besteht aus aus (jeweils hintereinander geschaltet):
- Vergleichseinheit
- Rechner für die Differenzsignale
- Einheit zur Abtrennung eines Nutzsignals
- Multiplikationseinheit
- Rechner des Deformationszuwachses und einem Rechner für die Gewichtskoeffizienten, dessen erste Eingänge mit den zweiten Ausgängen des Rechners für die Differenzsignale verbunden sind . Der zweite Eingang ist mit dem Ausgang des Rechners des Deformationszuwachses und die Ausgänge sind mit den Steuereingängen der Multiplikationseinheit verbunden. Außerdem besteht das zweite Untersystem aus einem Modulator des elektrischen Signals und einem Generator des Referenzsignals der an die Eingänge des Modulators des elektrischen Signals ange¬ schlossen ist. Außerdem verfügt das zweite Untersystem über einen Generator der zu er¬ wartenden Parameterwerte, dessen Eingang an den Ausgang des Rechners für den De¬ Seite 6
O ST" 'R« foramtionszuwachs und dessen Ausgang an den Informationseingang des Modulators des elektrischen Signals angeschlossen ist. Dessen Ausgänge wiederum sind an die Eingänge der Vergleichseinheit angeschlossen. Außerdem verfügt das zweite Untersystem über ei¬ ne Einheit zur Identifizierung der Ungleichmäßigkeiten, welche an den zweiten Ausgang des Generators der zu erwartenden Ungleichmäßigkeiten angeschlossen ist, wobei die Ausgänge des Rechners des Formveränderungszuwachses und der Einheit zur Identifi¬ zierung der Ungleichmäßigkeiten an den zweiten Indikator angeschlossen sind.
Bekanntlich strahlen die Oberflächen von Metallen und Legierungen unter normalen Be¬ dingungen geladene Teilchen (Ionen, Elektronen) ab, deren Emission durch natürliche Ursachen (Veränderung der Temperatur, Grundstrahlung) bedingt ist. In den Bereichen von Ungleichmäßigkeiten (Deformationen, Einschlüssen) findet eine Mengenveränderung der von der Oberfläche emittierenden Ladungen statt. Unter Produktionsbedingungen ist es jedoch praktisch unmöglich, quantitative Veränderungen emittierender Ladungen bei natürlichen Prozessen zur Erkennung von Mikrodefoπnationen auf molekularer Ebene zu fixieren..
Die vorliegende Methode zur Bestimmung der Parameter von struktureU-phasischen Ungleiclirnäßigkeiten in der obenfiächennahen Schicht von Metallen und Legierungen und das Gerät zu dessen praktischer Umsetzung ermöglichen nicht nur die Erkennung von Ungleichmäßigkeiten, sondern auch eine quantitative Bewertung ihrer Parameter. Dies wird erreicht durch eine Verstärkung der natürlichen Emission elektrischer Ladun¬ gen von der zu untersuchenden Oberfläche mittels deren Bestrahlung und der Benutzung statistischer Wahrscheinlichkeitsverfahren bei der Berechnung der Ungieichmäßigkeits¬ parameter nach den gemessenen Parametern der Emission geladener Teilchen von der Oberfläche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen verdeutlichen das Wesentliche der Erfindungen. Aufzeichnung 1 ist ein Funktionsschema des Geräts zur Bestimmung der Parameter strukturell-phasischer Un¬ gleichmäßigkeiten in der oberflächennahen Schicht von Metallen und Legierungen nach der entsprechenden Methode angeführt.
Auf den Zeichnungen 2,3 und 4 sind mögliche Modifikationen bei der Ausführung des Rechnerblocks dargestellt.
Seite 7
ΞRSATZBLATT Das Gerät enthält einen Primärwandler 1, bestehend aus einem Schirm 2, Fühlerelemen- ten 3 zur Messung der Konzentration elektrischer Ladungen in den Strömen ihrer Träger und einer Quelle der ionisierenden Strahlung 4. Schirm 2 ist aus stromleitendem Material gefertigt und hat beispielsweise die Form einer Kuppel, was die Abschirmung eines be¬ stimmten Bereichs der zu untersuchenden Oberfläche gewährleistet. Die Fühlerelemente 3 werden von dem Schirm 2 umschlossen. Sie sind elektrisch isoliert und zueinander un¬ beweglich in unmittelbarer Nähe der zu untersuchenden Oberfläche angebracht. Die Quelle der ionisierenden Strahlen 4 liegt unter dem Schirm 2 in gleicher Entfernung von den Fühlerelementen 3. Der Primärwandler 1 hat ebenfalls ein Schutznetz 5, welches sich unter dem Schirm 2 befindet und die Fühlerelemente 3 umschließt.. Die Anzahl der Füh¬ lerelemente beträgt bei dem gegebenen Beispiel vier.
Der Primärwandler 1 ist mit einer Vorrichtung 6 zur Verschiebung entlang der zu unter¬ suchenden Oberfläche ausgerüstet. Der Antrieb ist an das Schaltpult 7 angeschlossen.
Das Schaltpult 7 hat einen Programmblock (auf der Zeichnung nicht ausgewiesen) und gewährleistet, daß das System sowohl manuell als auch nach einem vorgegebenen Pro¬ gramm automatisch betrieben werden kann.
Der Wandler der partiellen elektrischen Signale 8 Vni dient zur Umwandlung der von den Fühlerelementen 3 erhaltenen Signale in ununterbro¬ chene elektrische Signale.
Die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale sind an die Rechnereinheit 11 und an die Stabilisierungseinheit 10 des Meßverfahrens angeschlossen. Deren Aus¬ gang ist wiederum an das Schutznetz 5 angeschlossen.
Als Stabilisierungseinheit 10 kann ein Funktionswandler dienen, der am Ausgang den arithmetischen Mittelwert der partiellen elektrischen Signale von den Ausgängen des Wandlers 8 umsetzt.
Die Rechnereinheit ist zur Feststellung (Berechnung) der Parameter der strukturell-pha- sischen Ungleichmäßigkeiten in der oberflächennahen Schicht nach den durch Messung und Umwandlung erhaltenen partiellen elektrischen Signalen vorgesehen.
Seite 8
~~ ~"~> -""* t -T-— - —-. . Bei der ersten Umsetzungsvariante entsprechend Zeichnung 2 ist die Rechnereinheit 11 in Form eines Gebers von Farbsignalen 12 ausgeführt, dessen Eingänge an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale 8 und des Schaltpults 7 angeschlossen sind. Der Eingang ist an den Indikator 13 angeschlossen.
Bei der zweiten Variante (siehe Zeichnung 3) enthält die Rechnereinheit 11 hintereinan¬ der geschlossen eine Vergleichseinheit 14, einen Rechner für die Differenzsignale 15, ei¬ ne Einheit zur Abtrennung eines Nutzsignals 16, die aus Hoch- und Niedrigfrequenzfil- tern besteht, eine Multiplikationseinheit 17 und einen Rechner des Deformationszuwach¬ ses 18 sowie einen Rechner für die Gewichtskoeffizienten 19, einen Generator des Refe¬ renzsignals 20, einen Modulator des elektrischen Signals, einen Generator des zu erwar¬ tenden Parameterwertes 22, eine Einheit zur Identifizierung des Defekts 23 und einen Indikator 24.
Dabei sind die Steuereingänge der Multiplikationseinheit 17 an die Ausgänge des Rech¬ ners für die Gewichtskoeffizienten 19 angeschlossen. Dessen Eingänge sind entsprechend an die zweiten Ausgänge des Rechners für die Differenzsignale 15 und an die Ausgänge des Rechners für den Deformationszuwachs 18 angeschlossen. Letzterer ist ebenfalls an die Eingänge der Generators der zu erwartenden Parameterwerte 22 und an den Indika¬ tor 24 angeschlossen. Die Ausgänge des Generators der zu erwartenden Parameterwerte 22 sind an die Eingänge des Modulators der elektrischen Signale 21 und an die Eingänge der Defektidentifizierungseii-heit angeschlossen. Der Ausgang dieser Einheit wiederum ist an den zweiten Eingang des Indikators 24 angeschlossen. Die zweiten Eingänge des Modulators des elektrischen Signals 21 sind an die Ausgänge des Generators des elektri¬ schen Referenzsignals 20 , und die Ausgänge - an die zweiten Eingänge der Vergleichs¬ einheit 14 angeschlossen.
Die beste Variante der Umsetzung der Erfindung
Entsprechend der dritten möglichen Umsetzungsvariante kann der Rechnerblock 11 aus zwei Untersystemen bestehen. Das erste wird nach der ersten oben beschriebenen Vari¬ ante ausgeführt, und das zweite nach der zweiten.
In diesem Falle ist der Rechnerblock zusätzlich ausgerüstet mit einem Umschalter 25, dessen Informationseingänge an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale 8 angeschlossen sind. Der Steuereingang ist an das Schaltpult 7 und die Ausgän¬ ge sind entsprechend an die Eingänge des Gebers der elektrischen Signale 12 und an die Eingänge der Vergleichseinheit 14 angeschlossen.
Seite 9 Das Gerät funktioniert auf folgende Weise: Der Primärwandler 1 wird über die zu unter¬ suchende Oberfläche bewegt. Mit Hilfe des Schirms 2 wird ein gewisser Teil dieser Oberfläche abgeschirmt und mit ionisierenden Strahlen aus der Strahlungsquelle 4 be¬ strahlt.
Die Fühlerelemente 3 messen die Konzentration der elektrischen Ladungen in ihren Strömen, die sich durch die Emission von Elektronen von den Feldern der abgeschirm¬ ten, bestrahlten Oberfläche bilden und über denen sich die Fühlerelemente 3 befinden.
Die gemessenen Signale werden von den Fühlerelementen 3 an die Eingänge des Wand¬ lers der partiellen elektrischen Signale 8 übermittelt. Der Wandler 8 bildet am Ausgang partielle elektrische Signale Vni (t,Δa) , die sich in ihrer Größe voneinander unterschei¬ den, wenn Ungleichmäßigkeiten auf der untersuchten Oberfläche im gemessenen Bereich vorhanden sind.
Von den Ausgängen des Wandlers 8 gelangen die partiellen elektrischen Signale zur Ein¬ heit zur Stabilisierung des Meßverfahrens 10, welche sie in Form ihres arithmetischen Mittelwertes umwandelt. Sie gelangen auf das Schutznetz 5, wodurch Zufallsfaktoren im Emissionsprozeß kompensiert werden.
Vom Ausgang des Wandlers 8 werden die partiellen elektrischen Signale zum Eingang der Rechnerblocks 11 geleitet, welcher das Vorhandensein von Ungleichmäßigkeiten und deren Parameter feststellt. Die Bestimmung der Ungleichmäßigkeiten kann bei der Abta¬ stung der zu untersuchenden Oberfläche vorgenommen werden, und zwar durch Ver¬ schiebung des Primärwandlers 1 über die Oberfläche des Metalls oder der Legierung ent¬ sprechend eines Befehls (eines Programms), das vom Schaltpult 7 zum Antrieb des Ver- schiebemechanismus' des Primärwandlers 1 gelangt.
Bei der ersten Umsetzungsvariante werden die partiellen elektrischen Signale zu den Eingängen des Gebers der Farbsignale geleitet. Entsprechend einem Programm, das per Hand oder automatisch vom Schaltpult 7 kommt, wandelt der Wandler 12 die ankom¬ menden partiellen elektrischen Signale in einen Farbcode um. Dieser wird in den Indika¬ tor 17 eingegeben, der eine Farbskala wiedergibt, deren Farben dem Zustand der unter¬ suchten Oberfläche entsprechen.
Seite 10
~ C? " 3 » < Durch Veränderung des Programms vom Schaltpult 7 wird die notwendige Korrektur der Arbeit des Wandlers der Farbsignale 12 bei der Untersuchung der Oberflächen von Metallen und Legierungen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden, sowie bei der Prognostizierung von durch diese oder jene bekannten Ursachen bedingten Ungleichmä¬ ßigkeiten erreicht.
Bei der zweiten Variante des Geräts werden die partiellen elektrischen Signale Vni (t,Δa) von den Ausgängen des Wandlere 8 zu den ersten Eingängen der Vergleichseinheit 14 geleitet, in welcher jedes von ihnen mit jedem der vorgegebenen Werte Uoi (t,Δä) , die mögliche Ungieichmäßigkeitsparameter auf einzelnen Feldern der zu untersuchen¬ den Oberfläche charakterisieren, verglichen wird.
Die Bildung der vorgegebenen Werte Uoi (t,Δä) geschieht folgendermaßen: Mit Hilfe des Generators der zu erwartenden Parameterwerte 22 werden Wahrschein- lichkeitswerte Δä(t) des Ungleichmäßigkeitsparameters in dessen physikalischer Bedeu¬ tung aufgestellt, wobei man von zuvor erhaltenen empirischen Ergebnissen oder statisti¬ schen Angaben über mögliche Parameterwerte von Ungleichmäßigkeiten des zu untersu¬ chenden Metalls oder der zu untersuchenden Legierung ausgeht.
Der Generator 22 bildet das Signal Δä(t) in Form eines elektrischen Signals, welches zum Eingang des Modulators 21 geleitet wird. An dessen anderem Eingang kommt das Referenzsignal Uoi (t) vom Ausgang des Generators 20 an. Dieses Signal wird vom Modulator 21 mit dem Signal Δä(t) moduliert.
Der Wert des Referenzsignals ist beständig. Er wird ausgehend von einer aufgrund eines vorhergehenden Versuchs prognostizierten Bewertung der Ungieichmäßigkeitsparameter des einen oder anderen zu untersuchenden Metalls ausgewählt.
An den Ausgängen der Vergleichseinheit 14 werden die Differenzsignale gebildet:
Ei = Uni (t,Δa) - Uoi(t,Δä)
Bei einem Primärwandler mit beispielsweise vier Fühlerelementen werden an den Aus¬ gängen der Vergleichseinheit 14 die Differenzsignale Ei gebildet, die sich folgender¬ maßen in Matrizenform notieren lassen:
Seite il
ERSATZBLATT Eπ = Uni (t,Δa)-Uoι(t,Δä)
E12 = Uni (t,Δa) - U02 (t,Δä)
EH = Uni (t,Δa) - Uo (t,Δä)
E21 = Uni (t,Δa) - Uoi (t,Δä)
E44 = Um(t,Δa) - Uo4 (t,Δä)
oder
Figure imgf000014_0001
Die Differenzsignale werden zu den Eingängen des Rechners der Differenzsignale 15 ge¬ leitet, der die Differenzen der Vergleichsergebnisse paarweise errechnet:
Figure imgf000014_0002
Diese werden von den ersten Ausgängen des Rechners 15 durch die Einheit zur Ermitt¬ lung eines Nutzsignals 16 zu den ersten Eingängen der Multiplikationseinheit 17 geleitet.
Die Einheit zur Ermittlung eines Nutzsignals 16 besteht aus hintereinander geschlossenen Filtern für Hoch- und Niedrigfrequenzsignale und gewährleistet eine Abtrennung der Geräuschkomponenten der an seinen Eingängen ankommenden Signale.
Gleichzeitig mit der Berechnung der paarweisen Differenzen der Vergleichsergebnisse Δ
V*, ΔV
Seite 12 werden an den zweiten Ausgängen des Rechners der Differenzsignale 15 die Minimal¬ werte der Differenzsignale Ei abgetrennt, die wiederum an die Eingänge des Rechners der Gewichtskoeffizienten geleitet werden
Figure imgf000015_0001
Die errechneten Ist-Werte der Gewichtskoeffizienten werden von den Ausgängen des Rechners 19 an die Steuereingänge der Multip-ikationseinheit 17 geleitet, der die Multi¬ plikation der Signale
ΔV*, ΔVy mit den errechneten Werten der Gewichtskoeffizienten Kij (t,Δa) vornimmt.
Die Ergebnisse der Multiplikation ΔV* x Kij (t,Δa) n ΔVy- Kij (t,Δa) werden zu den Eingängen des Rechners des Deformationszuwachses 18 SΔa geleitet.
Den Zuwachs der Deformation S Δa errechnet der Rechner 18 aus der Gleichung
SΔa = V sΔa z+ S Δay λ
Die errechneten Werte des Zuwachses der Deformation werden an die Eingänge des Indikators 24 sowie an die Eingänge des Generators der erwarteten Deformationswerte 22 , welcher den erwarteten Wert der Deformation Δä (t) korrigiert, ebenso wie an den Eingang der Rechners der Gewichtskoeffizienten 19 wei¬ tergeleitet.
Die Ist-Werte der Gewichtskoeffizienten Kij (t,Δa) werden aus folgender Differential¬
Figure imgf000015_0002
Seite 13
Figure imgf000016_0001
Nach der Größe des Deformationszuwachses und unter Berücksichtigung der vorher be¬ kannten Angaben über die Eigenschaften des untersuchten Metalls oder der untersuchten Legierung stellt die Einheit zur Identifikation der Defekte 23 die Art der Ungleichmäßig- keit und deren Parameter fest. Diese Parameter werden in Form eines entsprechendes Codes zum Indikator 24 geleitet.
Das Besondere des nach der dritten Variante gebauten Geräts, das ja die beiden oben ge¬ nannten Ausführungen in sich vereinigt, ist die Tatsache, daß die Ungieichmäßigkeitspa¬ rameter mal von dem einen, mal von dem anderen Untersystem festgestellt werden, wel¬ che unabhängig voneinander funktionieren. Die Beschreibung der Arbeit dieser Untersy¬ steme enspricht völlig den Arbeitsbedingungen des Geräts in den oben beschriebenen Ausfuhrungsvarianten.
Mt Hilfe des Umschalters 25 kann man vom Schaltpult 7 aus zwischen manuellem und automatischem Betrieb bei der Berechnung der Ungieichmäßigkeitsparameter wählen.
Auf den vom Schaltpult 7 erhaltenen Befehl hin nimmt der Umschalter 25 die Kommutie¬ rung der Ausgänge des Wandlers 8 mit den Eingängen entweder des Gebers der Farbsi¬ gnale 12 oder der Vergleichseinheit 14 vor. Anschließend werden die Ungieichmäßig¬ keitsparameter auf die oben dargelegte Weise festgestellt.
Formel der Erfindung
1. Die Methode zur Bestimmung der Parameter von strukturell-phasischen Ungleich¬ mäßigkeiten, meist Mikrodeformationen, in der oberflächennahen Schicht von Metallen und Legierungen besteht in der Abschirmung der zu untersuchenden Oberfläche von äu¬ ßeren, eine Emission elektrischer Ladungen verursachenden Einwirkungen, der Bestrah¬ lung der abgeschirmten Oberfläche mit ionisierender Strahlung und der Messung der elektrischen Parameter, die den Ioniserungsprozeß der abgeschirmten Oberfläche charak¬ terisieren. Diese Methode zeichnet sich dadurch aus, daß man als zu messenden elektri¬ schen Parameter die Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Trä¬ ger nimmt. Diese sind bedingt durch natürliche und sekundäre, durch die Bestrahlung
Seite 14 hervorgerufene, Emission der Träger elektrischer Ladungen von " n " willkürlich aus¬ gewählten Felder der abgeschirmten Oberfläche. Die gemessenen Ist-Werte der Konzen¬ tration der Ladungen werden in " n " partielle elektrische Signale umgewandelt (nach der Anzahl der Felder der abgeschirmten Oberfläche). Nach diesen Signalen werden die Parameter der Ungleichmäßigkeiten, bei " n " > 2 festgestellt.
2. Die in Punkt 1. beschriebene Methode zeichnet sich dadurch aus, daß man den Pro¬ zeß der Bestrahlung der abgeschirmten Oberfläche und der Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger stabilisiert, und zwar durch Einwirkung mit einem elektrischen Feld auf den Bestrahlungs- und Meßbereich. Dabei hat das elektrische Feld eine Feldstärke, die sich proportional zum arithmetischen Mit¬ telwert " n " der partiellen elektrischen Signale verhält, die man nach Umwandlung der gemessenen Ist-Werte der Konzentration der Ladungen erhalten hat.
3. Die in Punkt 1 beschriebene Methode zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Ab¬ schirmung der zu untersuchenden Oberfläche und entsprechend deren Bestrahlung und die Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Emissionsströmen ihrer Träger durch Abtasten der zu untersuchenden Oberfläche nach einem vorgegebenen Programm vorgenommen wird.
4. Die in Punkt 1 beschriebene Methode zeichnet sich außerdem dadurch aus, daß die Feststellung der Parameter der Ungleichmäßigkeiten vorgenommen wird durch Umwandlung von " n " partiellen elektrischen Signalen in einen Farbcode, durch Indi¬ kation der erhaltenen Farbskala und Bestimmung der Ungieichmäßigkeitsparameter durch Vergleich ihrer Farbkomponenten mit vorgegebenen Werten.
5. Die in Punkt 1 beschriebene Methode zeichnet sich dadurch aus, daß die Feststellung der Ungieichmäßigkeitsparameter durch Vergleich eines jeden von " n " partiellen elektrischen Signalen mit jedem der rechnerisch vorgegebenen Werte vorgenommen wird, welche mögliche Ungieichmäßigkeitsparameter der zu untersuchenden Oberfläche charakterisieren. Dabei wird der M-oimalwert des Differenzsignals ermittelt und ein Nutzsignal mit Trennung der Hoch-und Niedrigfrequenzkomponenten abgetrennt. Das Nutzsignal wird mit dem wechselnden Gewichtskoeffizienten multipliziert, welcher aus folgender Gleichung gewonnen wird:
Seite 15 i σ ~ .- ζ(i) xdX)x τW
Figure imgf000018_0001
wt
4 i-i-1 κ(i) x (t)
Figure imgf000018_0002
I XMΪ „
in der b - experimentell für verschiedene Metalle und Legierungen festgelegter Koeffizi¬ ent;
G (t) - bekannter D-J-füsioi-skoeffizientdes Zuwachses der Deformation über die
Grenze der Phasentrennung hinweg;
N (t) - Matrize, die sich umgekehrt zur Matrize der Beobachtungsgeräusche des elektrischen Prozesses verhält;
Die Ist-Werte des Deformationszuwachses werden nach folgender Gleichung berechnet
Figure imgf000018_0003
Δax A&γ -Komponenten der Größe des
Deformationszuwachses und der Bestimmung der Parameter der
Ungleichmäßigkeiten durch Vergleich der errechneten Werte mit den vor¬ gegebenen.
6. Das Gerät enthält einen Primärwandler 1, bestehend aus einem Schirm 2 aus stromlei¬ tendem Material, einer Quelle ionisierender Strahlen 4 und einem Messer der elektrischen Parameter 3, welche im Abschirmungsbereichh angebracht sind. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß es mit einem Rechnerblock 11 und einem Wandler der partiellen elek¬ trischen Signale 8 ausgerüstet ist. Der Messer der elektrischen Parameter 3 ist in Form von " n " elektrisch isolierten, unbeweglichen zueinander angebrachten Fühlerelementen zur Messung der Konzentration der elektrischen Ladungen in den Strömen ihrer Träger ausgeführt. Die Bestrahlungsquelle befindet sich in gleichem Abstand von den Fühlere¬ lementen, die durch den Wandler der partiellen elektrischen Signale an den Rechnerblock 11 angeschlossen sind.
7. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß es mit einem unter dem dem Schirm ange¬ brachten Schutznetz 5 und einer Einheit zur Stabilisierung des Meßvorgangs 10 ausge-
Seite 16 rüstet ist, deren Eingänge an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Si¬ gnale 8 angeschlossen sind und deren Ausgang an das Schutznetz 5 angeschlossen ist.
8. Das Gerät zeichnet such dadurch aus, daß es mit einem Mechanismus 6 zur Verschie¬ bung des Primärwandlers 1 entlang der zu untersuchenden Oberfläche mit Antrieb und Schaltpult 7 sowie mit einem Programmblock ausgerüstet ist, wobei der Antrieb des Me¬ chanismus 6 an das Schaltpult 7 angeschlossen ist.
9. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß es mit einem Schaltpult 7 mit Programm¬ block und Indikator 13 ausgerüstet ist. Der Rechnerblock 11 ist in Form eines Gebers 12 von Farbsignalen ausgeführt, dessen Eingänge an die Ausgänge des Wandlers der partiel¬ len elektrischen Signale 8 und des Schaltpultes 7 angeschlossen sind. Der Ausgang ist mit dem Indikator 13 verbunden.
10. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß der Rechnelblock ausgeführt ist in Form von (hintereinander geschaltet).
Vergleichseinheit 14, Rechner der Differenzsignale 15, Einheit zur Ermittlung eines Nutzsignals 16, Multiplikationseinheit 17, Rechner des Deformationszuwachses 18 und Rechner der Gewichtskoeffizienten^, dessen erste Eingänge mit den zweiten Ausgängen des Rechners der Differenzsignale 15 verbunden sind, der zweite Eingang ist mit mit den Ausgängen des Rechners der Deformation, und die Ausgänge sind mit den Steuereingän¬ gen der Multiplikationseinheit 17 verbunden. Desweiteren besteht der Rechnerblock aus einem Modulator des elektrischen Signals 21, einem Generator eines Referenzsignals 20, der an die Eingänge des Modulators des elektrischen Signals 20 angeschlossen ist, einem Generator der erwarteten Parameterwerte 22, dessen Eingang an den Ausgang des Rechners des Deformationszuwachses und dessen Ausgang an den Infoπnationseingang des Modulators des elektrischen Signals 21 eingeschlossen ist. Dessen Ausgänge wieder¬ um sind an die Eingänge der Vergleichseinheit 14 angeschlossen. Außerdem besteht der Rechnerblock aus einer Einheit zur Identifizierung von Ungleichmäßigkeiten 23 und ei¬ nem Indikator 24, dessen zweiter Eingang mit den Ausgang des Rechners des Deforma¬ tionszuwachses 18 verbunden ist. Generator 23 und Indikator 24 sind nacheinander an den zweiten Ausgang des Generators der erwarteten Parameterwerte angeschlossen.
11. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß es mit einem Schaltpult 7, mit Programm¬ block und Indikatoren 13, 24 ausgerüstet ist. Der Rechnerblock 11 ist in Form zweier Untersysteme ausgeführt, die durch einen Umschalter 25 an die Ausgänge des Wandlers der partiellen elektrischen Signale 8 und an das Schaltpult angeschlossen sind. Dabei ist
Seite n das erste der Untersysteme in Form eines Gebers von Farbsignalen 12 ausgeführt, dessen Ausgänge an den ersten Indikator 13 angeschlossen sind. Dessen Steuereingang ist wie¬ derum mit dem Schaltpult 7 verbunden.
Das zweite Untersystem besteht aus folgenden hintereinander geschaltenen Einheiten: Vergleichse-nheit 14, Rechner der Differenzsignale 15, Einheit zur Abtrennung eines Nutzsignals 16, Muh plikationse-nheit 17, Rechner des Deformationszuwachses 18 und Rechner der Gewichtskoeffizienten 19, dessen erste Eingänge mit den zweiten Ausgän¬ gen des Rechners der Differenzagnale 15 und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Rechners des Deformationszuwachses 18 verbunden sind. Die Ausgänge sind mit den Steuereingängen der Multiplikationseinheit 17 verbunden.
Des weiteren besteht das zweite Untersystem aus einem Modulator des elektrischen Si¬ gnals 21 und einem Generator des Referenzsignals
20, welcher an die Eingänge des Modulators des elektrischen Signals 21 angeschlossen ist, sowie aus einem Generator der erwarteten Parameterwerte 22, dessen Eingang an den Ausgang des Rechners des Defoπ__ationszuwachses und dessen Ausgang an den In- formationseingang des Modulators des elektrischen Signals 21 angeschlossen ist. Dessen Ausgänge wiederum sind an die Eingänge der Vergleichseinheit 14 angeschlossen. Au¬ ßerdem besteht das zwdte Untersystem aus aus einer Einhdt zur Identifizierung der Ungleichmäßigkdten 23, welche an den zwdten Ausgang des Generators der erwarteten Parameterwerte 22 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Rechners des Deformationszu¬ wachses 18 und der Einheit zur Identifizierung des Ungldchmäßigkehen 25 sind an den zweiten Indikator angeschlossen.
Seile 18
ERSATZBLATT
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