WO2014187580A1 - Musterscheibe für ultraschall-scheibenprüfanlagen - Google Patents

Musterscheibe für ultraschall-scheibenprüfanlagen Download PDF

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WO2014187580A1
WO2014187580A1 PCT/EP2014/053091 EP2014053091W WO2014187580A1 WO 2014187580 A1 WO2014187580 A1 WO 2014187580A1 EP 2014053091 W EP2014053091 W EP 2014053091W WO 2014187580 A1 WO2014187580 A1 WO 2014187580A1
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pattern
base circle
radius
disk
disc
Prior art date
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PCT/EP2014/053091
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Inventor
Werner Heinrich
Karsten Kolk
Hans-Peter Lohmann
Johannes Vrana
Uwe Büchner
Hubert Mooshofer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Definitions

  • the present invention relates to a pattern disk for ultrasonic disk inspection systems, to methods for producing such pattern disks and to their use.
  • wheel discs with artificial defects are used to qualify and test ultrasonic disk inspection systems. Such defects are placed and oriented in such a way that characteristic defect positions and orientations can be tested. Such test disks can be used both to validate the functioning of ultrasonic disk test systems and those of ultrasonic test methods.
  • the object is achieved by a pattern plate according to the Hauptan ⁇ demanding, a method according to the first independent claim and a use according to the second independent claim.
  • a pattern wheel for ultra-sound ⁇ Scheibenprüfanlagen is claimed, wherein the pattern Disk is a substantially extending around an axis of symmetry straight first circular cylinder having a radius having a first base circle surface and a parallel to this second base circle surface, wherein a first part is recessed, from a parallel by means of a parallel to the axis of symmetry straight line longest one in the first Grund Vietnamese Structure extending closed guideline generated surface, the first base circle surface and a parallel to the second base circle, identi- see or is limited along this extending surface, and the guideline along the radius extending straight section and a further course such on ⁇ has that the straight section on the pattern ⁇ disc a side surface is generated through which at least a flat pattern error is created.
  • “Running along the radius” here includes both the case “running on the radius” and the case “running parallel to the radius” as well as “running obliquely along the radius”.
  • a method of making a pattern disk comprising the steps of removing the first part from the first circular cylinder of the original pattern disk and generating the at least one area pattern error as a mass transfer from a closed planar end to one of the side surface and through this successive flat-bottom drilling a tangent to the radius of the first circular cylinder extending recess to the pattern disk claimed.
  • a third aspect is carried out a use of a wafer sample by means of positioning of the pattern wheel in a ultrasonic Scheibenprüfanläge, wherein one probe of a tandem or pitch-catch arrangement on the first base circle surface and the second base circle area along the Ra ⁇ dius of the first base circle surface applied opposite and rotate the sample disk in a rotating Direction around the axis of symmetry such that first flat pattern defects and then the recessed first part are passed to the probes.
  • the at least one planar pattern error can be created in a plane spanned by the radius and the axis of symmetry. Such an orientation is particularly suitable for testing wheel discs.
  • a first cover in the pattern disk in the region of the first base circle surface, can cover the first part over its entire surface, flush and flush.
  • a second cover in the pattern disk in the region of the second base circle surface, can cover the first part over its entire area, flush and flush.
  • first base circle surface and the second base circle surface can be closed again or brought into the original state after removal of the first part by means of the covers.
  • the at least one pattern defect can be produced as a planar material transition.
  • the planar mass transfer of ambient air to the sample disk can he be ⁇ testifies.
  • the planar material transition may be produced by means of a flat closed end of a recess which extends tangentially to the radius and which has an open end towards the side surface.
  • the straight line portion may be parallel to the Ra ⁇ dius at a distance and the recess may be CKEN réellere- perpendicular to the side surface having an equal distance to the depth.
  • Flat bottom drilling may have been generated from the side surface side.
  • the at least one error pattern may be a circular or have a square FLAE ⁇ che, in particular circular, rectangular or triangular.
  • additional processing for example, for flat-bottom drilling is required.
  • tools may be used whose
  • Extent should be smaller than the inner diameter of the recess.
  • the guideline along the straight line portion to a circular line of the first base circle surface and along a kür ⁇ zeren circular arc of this circular line may extend up to a secant of the first base circle surface and along the secant towards the axis of symmetry.
  • the secant can be duri ⁇ fen parallel to the first straight section, the shorter circular arc should have a preferably minimum length.
  • the guideline along the secant can be one arranged in the first base circle surface and Symmet ⁇ rieachse concentric inner circle with a smaller radius than the radius of the first circular cylinder and along ei ⁇ nem shorter arc of a circle of this circular line up to a circular line run to the straight stretch.
  • the pattern disk may be formed as a wheel disc.
  • the radius of the second circular cylinder can be equal to the second Kreiszy- Linders equal to the radius of the inner circle.
  • the straight section can be generated at a distance parallel to the Ra ⁇ dius of the first circular cylinder and perpendicular to the side surface by means of flat-bottom drilling with a depth equal to the same distance.
  • a second part can be removed from the first circular cylinder of the original pattern disk before the removal of the first part.
  • the first part of the pattern disk in the region of the first base ⁇ circular surface and / or in the region of the second base circle surface over the entire surface, flat and flush covered.
  • a sample disk according to the invention can be used for evaluating or validating ultrasonic measuring methods or ultrasonic testing systems.
  • a master disk according to the invention for a mechanized and au ⁇ tomatinstrumentes rate or validation may be used.
  • a sample disk according to the invention can be used for the evaluation or validation of test disks or test wheel disks measured by means of ultrasound, at the physical extent of which the sample disk has been maximally adapted.
  • Figure 1 is a plan view of a first embodiment of a pattern plate according to the invention.
  • Figure 2 is a side view of the first embodiment of a pattern plate according to the invention
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a plan view of a first exemplary embodiment of a sample disk 1 according to the invention. This sample disk 1 is used in particular for ultrasonic
  • the pattern disk 1 is here generated, for example, as a wheel disc.
  • a geometric starting shape for a pattern plate 1 according to the invention is a substantial one around a symmetry axis S réellere ⁇ ckender straight first circular cylinder having a radius R having first base circle surface 5 and a parallel to this second base circle surface 7. Since the figure 1 shows a plan view of the pattern disk 1 from below, the first base circle surface 5 and the second base ⁇ circular area not visible.
  • the master disk 1 is here at ⁇ play, a wheel disc which has a bore or a kon ⁇ centric circular recess around a center up.
  • a first part 3 is recessed, the one of a parallel to the axis of symmetry S parallel line along a running in the first base circle 5 closed guideline L generated ⁇ th surface, the first base circle surface 5 and here an identical to the second base circle surface 7 surface is limited.
  • the first part 3 is completely separated from the original base plate 5 from the first base circle surface 5 to the second base circle surface 7.
  • the guideline L has, in particular, a straight section extending along the radius R.
  • a side face 9 of the outside of the pattern disk 1 is accessible on the straight stretch section on the pattern disk 1.
  • FIG. 1 shows a planar mass transfer of ambient air into the material of the pattern disk 1.
  • the planar mass transitions are produced by means of a flat closed end of a recess 11 extending tangentially to the radius R, which has an open end towards the side surface 9.
  • the straight line portion is he witnesses at a distance parallel to the radius R ⁇ , wherein the recess 11 extends perpendicular to the side surface 9 at an equal distance to the depth T.
  • the recess 11 and its flat closed end may have been produced for example by means of flat-bottom drilling from the side of the side surface 9 ago.
  • a pattern defect M can have a circular area in a particularly simple manner.
  • Figure 1 shows that the guideline L along the straight line portion to a circular line of the first base circle surface 5 and then along a shorter Kreisbo ⁇ gene of this circular line to a secant 13 of the first base circle surface 5 and along secant 13 in the direction of the axis of symmetry S extends
  • Figure 1 shows that the Sekan ⁇ te 13 runs parallel to the first straight track section.
  • the shorter circular arc of the first base circle surface 5 should have ei ⁇ ne minimum length.
  • the pattern disk 1 according to FIG. 1 has a second part 15 which is recessed.
  • This second part 15 is an axis of symmetry S coaxial straight second circular cylinder, which is bounded by the first base circle surface 5 and the second base circle surface 7 and in the first base circle 5 has a smaller radius than the Ra ⁇ dius R of the first circular cylinder.
  • the guideline L runs along the secant 13 to the recessed two ⁇ th part 15 and along a shorter arc of the circular line of the second part 15 in the first base circle surface 5 back to the straight section. Since the second part 15 is generated, the above described course from the secant to the straight leg is theoretical and will be described here only for defining the first part 3.
  • FIG. 1 shows here a closed course of the guideline L which is determined by the first part 3 and the second part 15.
  • the first part 3 for exposing the side surface 9 and introducing the artificial defects, in particular in the form of flat-bottomed holes, should be as narrow as possible.
  • the straight path section can in principle have an arbitrary angle to the radius R. It is only necessary to ensure that the course of the recess 11 is tangent to the radius R.
  • a sample disc 1 according to the invention which can also be referred to as a test body, are targeted
  • the pattern disk 1 should correspond to the test body with its geometric dimensions.
  • the error pattern M in particular flat bottom holes with a flat bottom, is to realize in the axial and radial orientation separated out according to the invention from an original disc or wheel disc ⁇ a segment. This is equivalent to ⁇ ers th Part 3.
  • the first part to be limited 3 of the second base ⁇ circular area. 7 Alternatively, 7 parallel or arbitrarily along this extending surfaces bounding the first part 3 to the second base circle surface.
  • Such boundary surfaces can in principle have any shape, for example curved or to the first base circle ⁇ surface 5 to be wrong.
  • Resulting side surfaces 9 are to be exposed, can be introduced via the invention Flachêtboh ⁇ ments.
  • the side surfaces 9 do not generally aligned radially on the disk center Bezie ⁇ hung as the axis of symmetry S. Accordingly, depending on a drill length for a recess 11 whose small twist to the side surface 9 is required, so that in any case, the flat bottom or radially tel Vietnamese Scheibenmit- to the axis of symmetry S out is generated out rich ⁇ tet.
  • Figure 2 shows a side view of the first amongsa pattern plate according to the invention according to Figure 1. Accordingly, the pattern plate 1 has a lower first
  • the first part 3 is covered with a first cover 17 and a second cover 19 in full area, flat and flush to the outside.
  • first cover 17 and a second cover 19 in full area, flat and flush to the outside.
  • Figure 2 shows the first cover 17 and the second Ab ⁇ cover 19 as a cover welded to the Reset factory lung ⁇ a flat surface for a smooth coupling of ultrasonic probes.
  • FIG. 2 shows an axis of symmetry S of the pattern disk 1, which is only visible in FIG. 1 as a dot.
  • Figure 2 shows a tandem 21, wherein a probe to the first base circle surface 5 and lying opposite ⁇ is disposed on the second base circle surface 7 along the radius R of the pattern disc. 1 There are shown array probes, which are brought into a so-called pitch-catch arrangement.
  • Figure 2 shows how ultrasonic waves are reflected from the lower array probe on the sample cases and redirected to the upper array probe.
  • the first recessed portion 3 can be detected by means of the test arrangement for signaling purposes or to be evaluated Signa ⁇ len from the calculated out, filtered out or taken into account who ⁇ .
  • the transition from the pattern disk 1 to the recessed first part 3 is clearly recognizable in the signal and clearly distinguishable from the pattern errors according to the invention.
  • FIG. 3 shows an embodiment of an inventive use of a sample disk 1 according to the invention.
  • the sample disk 1 is positioned in an ultrasonic disk test system.
  • a test head of a tandem arrangement at the first base circle surface and the second base circle area along the radius of the first base circle surface is mutually oppositely sets ⁇ respectively.
  • the master disk 1 in a direction of rotation about the axis of symmetry S is such ro ⁇ advantage that the at least one first-surface pattern failure M and thereafter, the first recessed part 3 are guided past the probes.
  • a third step S3 can By means of the detected echo signals and the measuring signal verwen ended measuring methods and / or testing equipment, in particular mechanized or automated, evaluated or validated. Accordingly, test systems and measuring methods for detecting inhomogeneities in test objects, in particular in wheel and disk shape, can be effectively improved and optimized.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Musterscheibe für Ultraschall-Scheibenprüfanlagen, deren Herstellung und deren Verwendung, wobei in der Musterscheibe (1) eine sich entlang dem Radius (R) und entlang der Symmetrieachse (S) erstreckende Seitenfläche (9) in der Musterscheibe (1) freigelegt ist, durch die hindurch mindestens ein flächiger Musterfehler (M) geschaffen ist.

Description

Beschreibung
Musterscheibe für Ultraschall-Scheibenprüfanlagen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Musterscheibe für Ultraschall-Scheibenprüfanlagen, Verfahren zur Herstellung derartiger Musterscheiben sowie deren Verwendung.
Zur Qualifizierung und Überprüfung von Ultraschall- Scheibenprüfanlagen werden beispielsweise Radscheiben mit künstlichen Fehlstellen verwendet. Derartige Fehlstellen werden derart platziert und orientiert, dass charakteristische Fehlerlagen und Orientierungen geprüft werden können. Mit derartigen Testscheiben kann sowohl die Funktionsweise einer Ultraschall-Scheibenprüfanläge als auch die von Ultraschall- Prüfverfahren validiert werden.
Als künstliche Fehlstellen werden herkömmlicherweise soge¬ nannte Flachbodenbohrungen eingebracht. Allerdings sind auf- grund von geometrischen Restriktionen herkömmlicherweise lediglich eingeschränkte Bohrungsorientierungen möglich. Um das künstliche Fehlerspektrum zu erweitern werden herkömmlicherweise Querbohrungen verwendet. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Musterscheibe für Ultraschall-Scheibenprüfanlagen derart bereitzustellen, dass Flachbodenbohrungen eingebracht werden können, deren Flachoden axial und radial zu einer Rotationsachse einer Scheibe orientiert ist. Hinsichtlich eines Beanspruchungszu- Stands, insbesondere von Radscheiben, ist gerade eine derar¬ tige Orientierung wichtig.
Die Aufgabe wird durch eine Musterscheibe gemäß dem Hauptan¬ spruch, ein Verfahren gemäß dem ersten Nebenanspruch und eine Verwendung gemäß dem zweiten Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Musterscheibe für Ultra¬ schall-Scheibenprüfanlagen beansprucht, wobei die Muster- Scheibe einem wesentlichen sich um eine Symmetrieachse erstreckender gerader erster Kreiszylinder mit einer einen Radius aufweisenden ersten Grundkreisfläche und einer zu dieser parallelen zweiten Grundkreisfläche ist, wobei ein erster Teil ausgespart ist, der von einer mittels einer Parallelverschiebung einer zur Symmetrieachse parallelen Gerade längst einer in der ersten Grundkreisfläche verlaufenden geschlossenen Leitlinie erzeugten Fläche, der ersten Grundkreisfläche und einer zu der zweiten Grundkreisfläche parallelen, identi- sehen oder entlang dieser verlaufenden Fläche begrenzt ist, und die Leitlinie einen entlang dem Radius verlaufenden geraden Streckenabschnitt und einen weiteren Verlauf derart auf¬ weist, dass an dem geraden Streckenabschnitt an der Muster¬ scheibe eine Seitenfläche erzeugt ist, durch die hindurch mindestens ein flächiger Musterfehler geschaffen ist.
„Entlang dem Radius verlaufend" umfasst hier sowohl den Fall "auf dem Radius verlaufend", als auch den Fall "parallel zum Radius verlaufend" sowie "schräg entlang dem Radius verlau- fend".
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Musterscheibe mit den Schritten Entfernen des ersten Teils aus dem ersten Kreiszylinder der ursprünglichen Muster- Scheibe und Erzeugen des mindestens einen flächigen Musterfehlers als einen StoffÜbergang von einem geschlossenem ebenen Ende einer mittels von der Seitenfläche her und durch diese hindurch erfolgenden Flachbodenbohrens einer tangential zu dem Radius des ersten Kreiszylinders sich erstreckenden Ausnehmung zu der Musterscheibe, beansprucht.
Gemäß einem dritten Aspekt erfolgt eine Verwendung einer Musterscheibe mittels Positionieren der Musterscheibe in einer Ultraschall-Scheibenprüfanläge, wobei jeweils ein Prüfkopf einer Tandem- oder Pitch-Catch-Anordnung an der ersten Grundkreisfläche und der zweiten Grundkreisfläche entlang des Ra¬ dius der ersten Grundkreisfläche gegenüberliegend angelegt werden, und Rotieren der Musterscheibe in einer Rotations- richtung um die Symmetrieachse derart, dass zuerst flächige Musterfehler und danach der ausgesparte erste Teil an den Prüfköpfen vorbeigeführt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, künstliche Fehler in einer axialen/radialen Orientierung gezielt einzubringen und zur Validierung von Ultraschall-Messverfahren zu verwenden . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der mindestens eine flächige Musterfehler in einer mittels dem Radius und der Symmetrieachse aufgespannten Ebene geschaffen sein. Eine derartige Orientierung eignet sich insbesondere zum Prüfen von Radscheiben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Musterscheibe im Bereich der ersten Grundkreisfläche eine erste Abdeckung den ersten Teil vollflächig, eben und bündig abdecken .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Musterscheibe im Bereich der zweiten Grundkreisfläche eine zweite Abdeckung den ersten Teil vollflächig, eben und bündig abdecken .
Auf diese Weise kann die erste Grundkreisfläche und die zwei- te Grundkreisfläche nach einer Entfernung des ersten Teils mittels der Abdeckungen wieder geschlossen beziehungsweise in den ursprünglichen Zustand gebracht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mindestens eine Musterfehler als ebener StoffÜbergang erzeugt sein . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der ebene StoffÜbergang von Umgebungsluft zur Musterscheibe er¬ zeugt sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der ebene StoffÜbergang mittels eines flachen geschlossenen Endes einer tangential zu dem Radius sich erstreckenden Ausnehmung erzeugt sein, die zu der Seitenfläche hin ein offenes Ende aufweist .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gerade Streckenabschnitt mit einem Abstand parallel zu dem Ra¬ dius verlaufen und die Ausnehmung kann sich senkrecht zu der Seitenfläche mit einer zu dem Abstand gleichen Tiefe erstre- cken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ausnehmung und deren flaches geschlossenes Ende mittels
Flachbodenbohren von der Seite der Seitenfläche her erzeugt worden sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mindestens eine Musterfehler eine runde oder eine eckige Flä¬ che aufweisen, insbesondere kreisförmig, rechteckig oder dreieckig sein. Für eckige Flächen ist eine zusätzliche Bearbeitung beispielsweise zum Flachbodenbohren erforderlich. Beispielsweise können Werkzeuge verwendet werden, deren
Erstreckungen kleiner als der Innendurchmesser der Ausnehmung sein .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Leitlinie entlang dem geraden Streckenabschnitt bis zu einer Kreislinie der ersten Grundkreisfläche und entlang einem kür¬ zeren Kreisbogen dieser Kreislinie bis zu einer Sekante der ersten Grundkreisfläche und entlang der Sekante in Richtung zur Symmetrieachse verlaufen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sekante parallel zum ersten geraden Streckenabschnitt verlau¬ fen, wobei der kürzere Kreisbogen eine bevorzugt minimale Länge aufweisen soll.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Leitlinie entlang der Sekante bis zu einer Kreislinie eines in der ersten Grundkreisfläche angeordneten und zur Symmet¬ rieachse konzentrischen Innenkreises mit einem kleineren Ra- dius als der Radius des ersten Kreiszylinders und entlang ei¬ nem kürzeren Kreisbogen dieser Kreislinie bis zum geraden Streckenabschnitt verlaufen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Musterscheibe ein zweiter Teil ausgespart sein, der ein zur Symmetrieachse koaxialer gerader zweiter Kreiszylinder ist, von der ersten Grundkreisfläche und der zweiten Grundkreis¬ fläche begrenzt ist und in der ersten Grundkreisfläche einen kleineren Radius als der Radius des ersten Kreiszylinders aufweist. Auf diese Weise kann die Musterscheibe als eine Radscheibe ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Radius des zweiten Kreiszylinders gleich dem zweiten Kreiszy- linders gleich dem Radius des Innenkreises sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gerade Streckenabschnitt mit einem Abstand parallel zu dem Ra¬ dius des ersten Kreiszylinders und senkrecht zu der Seiten- fläche mittels Flachbodenbohren mit einer zu dem Abstand gleichen Tiefe erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein zweiter Teil aus dem ersten Kreiszylinder der ursprünglichen Musterscheibe vor dem Entfernen des ersten Teils entfernt werden . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste Teil der Musterscheibe im Bereich der ersten Grund¬ kreisfläche und/oder im Bereich der zweiten Grundkreisfläche vollflächig, eben und bündig abgedeckt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erfindungsgemäße Musterscheibe zum Bewerten oder Validieren von Ultraschall-Messverfahren oder Ultraschall-Prüfanlagen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erfindungsgemäße Musterscheibe für ein mechanisiertes und au¬ tomatisiertes Bewerten oder Validieren verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erfindungsgemäße Musterscheibe zum Bewerten oder Validieren von mittels Ultraschall gemessenen Prüfscheiben oder Prüfradscheiben verwendet werden, an deren physikalische Erstreckung die Musterscheibe maximal angepasst worden ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Musterscheibe;
Figur 2 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Musterscheibe; Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Verwendung .
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbei¬ spiel einer erfindungsgemäßen Musterscheibe 1. Diese Muster- Scheibe 1 wird insbesondere für Ultraschall-
Scheibenprüfanlagen verwendet. Die Musterscheibe 1 ist hier beispielsweise als eine Radscheibe erzeugt. Eine geometrische Ausgangsform für eine erfindungsgemäße Musterscheibe 1 ist einem wesentlichen ein sich um eine Symmetrieachse S erstre¬ ckender gerader erster Kreiszylinder mit einer einen Radius R aufweisenden ersten Grundkreisfläche 5 und einer zu dieser parallelen zweiten Grundkreisfläche 7. Da die Figur 1 eine Draufsicht auf die Musterscheibe 1 von unten zeigt, ist die erste Grundkreisfläche 5 dargestellt und die zweite Grund¬ kreisfläche nicht sichtbar. Die Musterscheibe 1 ist hier bei¬ spielsweise eine Radscheibe die eine Bohrung oder eine kon¬ zentrische kreisförmige Ausnehmung um einen Mittelpunkt auf- weist. Zusätzlich ist ein erster Teil 3 ausgespart, der von einer mittels einer Parallelverschiebung einer zur Symmetrieachse S parallelen Gerade längs einer in der ersten Grundkreisfläche 5 verlaufenden geschlossenen Leitlinie L erzeug¬ ten Fläche, der ersten Grundkreisfläche 5 und hier einer zu der zweiten Grundkreisfläche 7 identischen Fläche begrenzt ist. Der erste Teil 3 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel vollständig von der ersten Grundkreisfläche 5 bis zur zweiten Grundkreisfläche 7 aus einer ursprünglichen Musterscheibe 1 herausgetrennt. Die Leitlinie L weist insbesondere einen ent- lang dem Radius R verlaufenden geraden Streckenabschnitt auf. In Verbindung mit dem weiteren Verlauf der Leitlinie L ist an dem geraden Streckenabschnitt an der Musterscheibe 1 eine Seitenfläche 9 von Außerhalb der Musterscheibe 1 zugänglich. Durch eine derartig freigelegte Seitenfläche 9, die hier ein Rechteck ist, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier flä¬ chige Musterfehler M geschaffen worden. Diese flächigen Musterfehler M sind in einer mittels dem Radius R und der Symmetrieachse S aufgespannten Ebene erzeugt. Die Musterfehler M sind als ein ebener StoffÜbergang geschaffen. Figur 1 zeigt einen ebenen StoffÜbergang von Umgebungsluft in das Material der Musterscheibe 1. Die ebenen StoffÜbergänge sind mittels eines flachen geschlossenen Endes einer tangential zu dem Radius R sich erstreckenden Ausnehmung 11 erzeugt, die zu der Seitenfläche 9 hin ein offenes Ende aufweist. Damit die Mus- terfehler M auf dem Radius verlaufen, ist der gerade Streckenabschnitt mit einem Abstand parallel zu dem Radius R er¬ zeugt, wobei sich die Ausnehmung 11 senkrecht zu der Seitenfläche 9 mit einer zu dem Abstand gleichen Tiefe T erstreckt. Die Ausnehmung 11 und deren flaches geschlossenes Ende können beispielsweise mittels Flachbodenbohren von der Seite der Seitenfläche 9 her erzeugt worden sein. Ein Musterfehler M kann auf besonders einfache Weise eine kreisförmige Fläche aufweisen. Figur 1 zeigt, dass die Leitlinie L entlang dem geraden Streckenabschnitt bis zu einer Kreislinie der ersten Grundkreisfläche 5 und danach entlang einem kürzeren Kreisbo¬ gen dieser Kreislinie bis zu einer Sekante 13 der ersten Grundkreisfläche 5 und entlang dieser Sekante 13 in Richtung zur Symmetrieachse S verläuft. Figur 1 zeigt, dass die Sekan¬ te 13 parallel zum ersten geraden Streckenabschnitt verläuft. Der kürzere Kreisbogen der ersten Grundkreisfläche 5 soll ei¬ ne minimale Länge aufweisen. Die Musterscheibe 1 gemäß Figur 1 weist einen zweiten Teil 15 auf, der ausgespart ist. Dieser zweite Teil 15 ist ein zur Symmetrieachse S koaxialer gerader zweiter Kreiszylinder, der von der ersten Grundkreisfläche 5 und der zweiten Grundkreisfläche 7 begrenzt ist und in der ersten Grundkreisfläche 5 einen kleineren Radius als der Ra¬ dius R des ersten Kreiszylinders aufweist. Die Leitlinie L verläuft entlang der Sekante 13 bis zu dem ausgesparten zwei¬ ten Teil 15 und entlang einem kürzeren Kreisbogen der Kreislinie des zweiten Teils 15 in der ersten Grundkreisfläche 5 bis zum geraden Streckenabschnitt zurück. Da der zweite Teil 15 erzeugt ist, ist der vorstehend beschriebene Verlauf von der Sekante bis zu dem geraden Streckenabschnitt theoretisch und wird nur zur Definition des ersten Teils 3 hier beschrieben. Figur 1 zeigt hier einen geschlossenen Verlauf der Leitlinie L der durch den ersten Teil 3 und den zweiten Teil 15 bestimmt ist. Der erste Teil 3 zur Freilegung der Seitenflä- che 9 und zur Einbringung der künstlichen Fehler insbesondere in Form von Flachbodenbohrungen sollte so schmal wie möglich sein. Einen großen Einfluss darauf hat die Größe des verwen¬ deten Werkzeugs. Der gerade Streckenabschnitt kann grundsätz¬ lich einen beliebigen Winkel zu dem Radius R aufweisen. Es ist lediglich darauf zu achten, dass der Verlauf der Ausnehmung 11 tangential zu dem Radius R verläuft. In einer erfindungsgemäßen Musterscheibe 1, die ebenso als Testkörper bezeichnet werden kann, werden gezielt
Inhomogenitäten eingebracht, sodass beispielsweise Turbinen¬ scheiben oder Wellen mit entsprechenden Fehlern simuliert werden können. Die Musterscheibe 1 soll mit ihren geometrischen Dimensionierungen dem Testkörper entsprechen. Um die Musterfehler M, insbesondere Flachbodenbohrungen mit Flachboden, in axialer und radialer Orientierung zu realisieren wird erfindungsgemäß aus einer ursprünglichen Scheibe oder Rad¬ scheibe ein Segment herausgetrennt. Dies entspricht dem ers¬ ten Teil 3. Dazu kann der erste Teil 3 von der zweiten Grund¬ kreisfläche 7 begrenzt sein. Alternativ können zu der zweiten Grundkreisfläche 7 parallele oder beliebig entlang dieser verlaufende Flächen den ersten Teil 3 begrenzen. Derartige Begrenzungsflächen können grundsätzlich beliebige Formen aufweisen, beispielsweise gekrümmt oder zur ersten Grundkreis¬ fläche 5 schief sein. Es sollen sich ergebende Seitenflächen 9 freigelegt werden, über die erfindungsgemäße Flachbodenboh¬ rungen eingebracht werden können. Die Seitenflächen 9 sind im Allgemeinen nicht radial auf den Scheibenmittelpunkt bezie¬ hungsweise zur Symmetrieachse S ausgerichtet. Entsprechend ist in Abhängigkeit einer Bohrlänge für eine Ausnehmung 11 deren geringe Verdrehung zu der Seitenfläche 9 erforderlich, sodass in jedem Fall der Flachboden radial zum Scheibenmit- telpunkt beziehungsweise zur Symmetrieachse S hin ausgerich¬ tet erzeugt ist.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbei¬ spiels einer erfindungsgemäßen Musterscheibe gemäß Figur 1. Entsprechend weist die Musterscheibe 1 eine untere erste
Grundkreisfläche 5 und eine obere Grundkreisfläche 7 auf. Der erste Teil 3 ist im Bereich der ersten Grundkreisfläche 5 und im Bereich der zweiten Grundkreisfläche 7 jeweils mit einer ersten Abdeckung 17 und einer zweiten Abdeckung 19 vollflä- chig, eben und bündig nach außen abgedeckt. Besonders vor¬ teilhaft ist es wenn die erste Grundkreisfläche 5 und die zweite Grundkreisfläche 7 der Musterscheibe 1 als ursprüngli¬ che und geschlossene Flächen geschaffen sind. Mit den ge- schlossenen ersten Grundkreisflächen 5 und zweiten Grundkreisflächen 7 kann ein Überprüfen in Ultraschall-Prüfanlagen auf herkömmlichen Prüfanlangen beziehungsweise Scheibenprüf- anlagen mechanisiert und/oder automatisiert durchgeführt wer- den. Figur 2 zeigt die erste Abdeckung 17 und die zweite Ab¬ deckung 19 als eingeschweißte Abdeckungen zur Wiederherstel¬ lung einer ebenen Oberfläche für eine gleichmäßige Ankopplung von Ultraschall-Prüfköpfen . Figur 2 zeigt eine Symmetrieachse S der Musterscheibe 1, die in Figur 1 lediglich als Punkt sichtbar ist. Figur 2 zeigt eine Tandemanordnung 21, bei der ein Prüfkopf an der ersten Grundkreisfläche 5 und gegenüber¬ liegend an der zweiten Grundkreisfläche 7 entlang des Radius R der Musterscheibe 1 angeordnet ist. Es sind Array-Prüfköpfe dargestellt, die in eine sogenannte Pitch-Catch-Anordnung ge- bracht sind. Figur 2 zeigt wie Ultraschallwellen ausgehend von einem unteren Array-Prüfköpf an den Musterfällen reflektiert und zu dem oberen Array-Prüfköpf umgelenkt werden. Bei der Prüfung einer erfindungsgemäßen Musterscheibe 1 wirkt diese wie eine herkömmliche Bauteilscheibe. Der ausgesparte erste Teil 3 kann signaltechnisch mittels der Prüfanordnung erfasst werden beziehungsweise aus den zu bewertenden Signa¬ len herausgerechnet, herausgefiltert oder berücksichtigt wer¬ den. Der Übergang von der Musterscheibe 1 zu dem ausgesparten ersten Teil 3 ist im Signal eindeutig erkennbar und klar zu den erfindungsgemäßen Musterfehlern unterscheidbar.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verwendung einer erfindungsgemäßen Musterscheibe 1. Mit einem ersten Schritt Sl erfolgt ein Positionieren der Musterscheibe 1 in einer Ultraschall-Scheibenprüfanläge . Dazu wird jeweils ein Prüfkopf einer Tandem-Anordnung an der ersten Grundkreisfläche und der zweiten Grundkreisfläche entlang des Radius der ersten Grundkreisfläche zueinander gegenüberliegend ange¬ legt. Mit einem zweiten Schritt S2 wird die Musterscheibe 1 in einer Rotationsrichtung um die Symmetrieachse S derart ro¬ tiert, dass zuerst der mindestens eine flächige Musterfehler M und danach der ausgesparte erste Teil 3 an den Prüfköpfen vorbeigeführt werden. Mit einem dritten Schritt S3 können mittels der erfassten Echosignale und des Messsignals verwen dete Messverfahren und/oder Prüfanlagen, insbesondere mechanisiert oder automatisiert, bewertet oder validiert werden. Entsprechend können Prüfanlagen und Messverfahren zur Erfassung von Inhomogenitäten in Prüfobjekten insbesondere in Rad und Scheibenform wirksam verbessert und optimiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Musterscheibe für Ultraschall-Scheibenprüfanlagen, wobei
- die Musterscheibe (1) ein im Wesentlichen sich um eine Sym- metrieachse (S) erstreckender gerader erster Kreiszylinder mit einer einen Radius (R) aufweisenden ersten Grundkreisfläche (5) und einer zu dieser parallelen zweiten Grundkreisfläche (7) ist; wobei
- ein erster Teil (3) ausgespart ist, der von einer mittels einer Parallelverschiebung einer zur Symmetrieachse (S) parallelen Gerade längs einer in der ersten Grundkreisfläche (5) verlaufenden geschlossenen Leitlinie (L) erzeugten Fläche, der ersten Grundkreisfläche (5) und einer zu der zweiten Grundkreisfläche (7) parallelen oder identischen oder entlang dieser verlaufenden Fläche begrenzt ist; und
- die Leitlinie (L) einen entlang dem Radius (R) verlaufenden geraden Streckenabschnitt und einen weiteren Verlauf derart aufweist, dass an dem geraden Streckenabschnitt an der Mus¬ terscheibe (1) eine Seitenfläche (9) erzeugt ist, durch die hindurch mindestens ein flächiger Musterfehler (M) geschaffen ist .
2. Musterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine flächige Musterfehler (M) in einer mittels dem Radius (R) und der Symmetrieachse (S) aufgespann¬ ten Ebene geschaffen ist.
3. Musterscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Musterscheibe (1) im Bereich der ersten Grundkreisfläche (5) eine erste Abdeckung (17) den ersten Teil (3) vollflächig, eben und bündig abdeckt.
4. Musterscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Musterscheibe (1) im Bereich der zweiten Grund- kreisfläche (7) eine zweite Abdeckung (19) den ersten Teil (3) vollflächig, eben und bündig abdeckt.
5. Musterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Musterfehler (M) als ebener StoffÜbergang erzeugt ist.
6. Musterscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene StoffÜbergang von Umgebungsluft zur Musterscheibe (1) erzeugt ist.
7. Musterscheibe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich- net, dass der ebene StoffÜbergang mittels eines flachen ge¬ schlossenen Endes einer tangential zu dem Radius (R) sich er¬ streckenden Ausnehmung (11) erzeugt ist, die zu der Seitenfläche (9) hin ein offenes Ende aufweist.
8. Musterscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Streckenabschnitt mit einem Abstand parallel zu dem Radius (R) verläuft und die Ausnehmung (11) sich senk¬ recht zu der Seitenfläche (9) mit einer zu dem Abstand glei¬ chen Tiefe (T) erstreckt.
9. Musterscheibe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (11) und deren flaches geschlossenes Ende mittels Fachbodenbohren von der Seite der Seitenfläche (9) her erzeugt wurde.
10. Musterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Musterfehler (M) eine runde oder eine eckige Fläche aufweist, insbesondere kreisförmig, rechteckig oder dreieckig ist.
11. Musterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlinie (L) entlang dem geraden Streckenabschnitt bis zu der Kreislinie der ersten Grundkreisfläche (5) und entlang einem kürzeren Kreisbogen dieser Kreislinie bis zu einer Sekante (13) der ersten Grund¬ kreisfläche (5) und entlang der Sekante (13) in Richtung zur Symmetrieachse (S) verläuft.
12. Musterscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekante (13) parallel zum geraden Streckenabschnitt verläuft und der kürzere Kreisbogen eine minimale Länge auf¬ weist.
13. Musterscheibe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlinie (L) entlang der Sekante (13) bis zu einer Kreislinie eines in der ersten Grundkreisfläche (5) angeordneten und zur Symmetrieachse (S) konzentrischen Innen- kreises mit einem kleineren Radius als der Radius (R) des ersten Kreiszylinders und entlang einem kürzeren Kreisbogen dieser Kreislinie bis zum geraden Streckenabschnitt verläuft.
14. Musterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Musterscheibe (1) ein zweiter Teil (15) ausgespart ist, der ein zur Symmetrieachse (S) koaxialer gerader zweiter Kreiszylinder ist, von der ersten Grundkreisfläche (5) und der zweiten Grundkreisfläche (7) begrenzt ist, und in der ersten Grundkreisfläche (5) einen kleineren Radius als der Radius (R) des ersten Kreiszylinders aufweist .
15. Musterscheibe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des zweiten Kreiszylinders gleich dem Radius des Innenkreises ist.
16. Verfahren zur Herstellung einer Musterscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten
- Entfernen des ersten Teils (3) aus dem ersten Kreiszylinder der ursprünglichen Musterscheibe (1);
- Erzeugen des mindestens einen flächigen Musterfehlers (M) , als einen StoffÜbergang von einem geschlossenen ebenen Ende einer mittels von der Seitenfläche (9) her und durch diese hindurch erfolgenden Flachbodenbohrens einer tangential zu dem Radius (R) des ersten Kreiszylinders sich erstreckenden Ausnehmung (11) zu der Musterscheibe (1) .
17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Erzeugen des geraden Streckenabschnitts mit einem Abstand parallel zu dem Radius (R) des ersten Kreiszylinders und senkrechtes zu der Seitenfläche (9) erfolgendes Flachbodenbohren mit einer zu dem Abstand gleichen Tiefe (T) .
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch Entfernen eines zweiten Teils (15) aus dem ersten Kreiszylinder der ursprünglichen Musterscheibe (1) vor dem Entfernen des ersten Teils (3) .
19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, gekennzeichnet durch vollflächiges, ebenes und bündiges Abdecken des ersten Teils (3) der Musterscheibe (1) im Bereich der ersten Grund- kreisfläche (5) und/oder im Bereich der zweiten Grundkreis¬ fläche ( 7 ) .
20. Verwendung einer Musterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch
- Positionieren der Musterscheibe (1) in einer Ultraschall- Scheibenprüfanläge, wobei jeweils ein Prüfkopf einer Tandem¬ oder Pitch-Catch- Anordnung (21) an der ersten Grundkreisfläche (5) und der zweiten Grundkreisfläche (7) entlang des Ra¬ dius (R) der ersten Grundkreisfläche (5) gegenüberliegend an- gelegt werden;
- Rotieren der Musterscheibe (1) in einer Rotationsrichtung um die Symmetrieachse (S) derart, dass zuerst flächige Mus¬ terfehler (M) und danach der ausgesparte erste Teil (3) an den Prüfköpfen vorbeigeführt werden.
21. Verwendung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Bewerten oder Validieren von Ultraschall-Messerfahren oder Ultraschall-Prüfanlagen .
22. Verwendung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch mechanisiertes und automatisiertes Bewerten oder Validieren.
23. Verwendung nach Anspruch 20, 21 oder 22, gekennzeichnet durch Bewerten oder Validieren von mittels Ultraschall gemessenen Prüfscheiben oder Prüfradscheiben, an deren physikalische Erstreckung die Musterscheibe (1) maximal angepasst wur- de .
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