Verfahren zur Materialprüfung mittels Ultraschall.
Es sind bereits verschiedene Verfahren be kanntgeworden, mit deren Hilfe Materialfeh- ler bzw. Schweissfehler an'Werkstücken unter Verwendung'von Ultraschallwellen nachgewie- sen werden sollen. Das einfachste Verfahren ist, mittels Ultraschallwellen ein Werkst ck zu durchstrahlen und mit einem Empfänger die durchgelassene oder reflektierte Ultraschallenergie zu messen. Beim Vorhandensein von Storstellen im Werkstück wird die Schallstrahlung an diesen reflektiert, was sich durch eine Schwächung der auf den Empfänger ge langenden Ultrasehallenergie beim Durch strahlungsverfahren, bzw. eine Erhöhung beim Reflexionsverfahren bemerkbar macht.
Es ist auch bekannt, die Frequenz des Ultrasehall- senders zu wobbeln, um den Einflu¯ störender Interferenzen bzw. Resonanzen zu vermin dern. Ebenfalls sind von der Radiartechnik übernommene Verfahren bekanntgeworden, die mit Ultraschallimpulsen arbeiten, und bei denen die Empfangsimpulse auf einer Braunsehen Rohre zur Anzeige gebraeht werden.
Alle diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie im allgemeinen mehrdeutig sind, grosse Vorkenntnisse bei d'er Deutung des Befundes erfordlern und nicht immer die Störstelle mit absoluter Sicherheit nachweisen.
Erfindungsgemϯ erfolgt die Pr fung von Werkstücken auf Material- bzw. Schwei¯fehler mittels Ultraschall dadurch, dass durch elektrische Einrichtungen eine oder mehrere Ultraschallstrahlen bestimmter Laufzeit ausgesiebt und zur Anzeige der Material-bzw.
Schwei¯fehler benutzt werden.
Von der Vielzahl d'er Ultraschallstrahlen, die durch Reflexion oder Mehrfachreflexion an den GrenzflÏchen des Werkst ckes den Empfänger erreichen können, sollen die meisten oder alle derart unterdrückt werden, daB nur solche Strahlen den Empfänger erreichen, die an einer aufzufindenden Störstelle reflektiert oder im durchfallenden Strahlengang durch die sstörstelle geschwächt worden sind Indem man sich auf Strahlen bestimmter Laufzeiten beschränkt, kann man insbeson- dere bei vorzugsweise plattenförmigen Werk- stüeken Strahlen eines ganz bestimmten, vor gegebenen Zickzackweges aussieben, dae man insbesondere so wählen kann,
daB sie durch die eventuell vorhandene Störstelle unterbrochen werden. Ist die vermutete Störstelle vor handen, so kommt also in diesem Fâlle am Empfänger keine Energie an.
Es ist zweckmässig, mit Impulsen veränder- licher Impulsbreite und veränderlicher Impuls folgefrequenz zu arbeiten und den Empfän- ger durch den Impulsgenerator in solcher Weise zu beeinflussen, da¯ er periodisch mit der Impulsfolgefrequenz nur eine bestimmte, in ihrer Phase sowohl als in ihrer Dauer ver änderliche Zeit eingeschaltet ist. Dabei soll die Breite des vom Empfänger erfassten Lauf zeitintervalles insbesondere auch unabhängig von der Breite der Sendeimpulse geregelt werden können.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, durch besondere Schaltmassnahmen die Durchlassbreite dieses sogenannten Laufzeitfilters, also die Dauer, wÏhrend deren der Empfänger durchlässt, mit der Phasenver- schiebung des einstellbaren Einsehaltimpulses derart zu koppeln, dass diese Dauer mit zunehmender Verzögerung immer kleiner wird.
Je mehr Zeit seit dem Aussenden des Sendeimpulses verstrichen ist, um so mehr häufen sich nÏmlich die von verschiedenen Weg- streeken eintreffenden Empfangsimpulse. Von diesen mochte man nur wenige oder nur einen einzigen vom Empfangsverstärker durchge- lassen wissen. Durch dieses Laufzeitfilter ist es also möglich, aus der Vielzahl der ankommenden Ultraschallimpulse einzelne herauszu- sieben und dadureh nur die Ultraschallenergie zu messen, die auf ganz bestimmten Wegen zum Empfänger gelangt. Liegt nun eine Störung in diesem Weg, so wird sich dlies am Empfänger dureh Fehlen des zugeordneten Impulses bemerkbar machen.
Man kann auch durch Auswahl geeigneter Laufzeiten den ent- gegengesetzten Effekt erzielen, nämlich den, da¯ ohne das Vorhandensein der Störstelle überhaupt keine Energie den Empfänger erreicht, während gerade durch das Auftreten der Storstelle ein laufzeitmässig richtig liegender Impuls zum Empfänger reflektiert wird.
Es kann dabei sowohl mit getrenntem Sende und Empfanskopf gearbeitet werden als auch unter Verwendung des gleichen Kop fes, der nacheinander als. Sender und EmpfÏnger arbeitet. Wird der gleiche Kopf zum Senden und Empfangen verwendet, so ist selbstverständlich eine besondere Sperrvor- richtung erforderlich, um die hohe Sendespannung vom EmpfÏnger fernzuhalten. Als solche kann eine elektrische Weiche verwen detwerden,dieden direkten Weg vom HF Sender zum Empfangsverstärker sperrt, ohne die Wege vom HF-Sender zum Schallkopf und vom Sch'allkopf zum Empfangsverstärker nennenswert zu dämpfen. Solche Weichen sind aus der Niederfrequenztechnik bekannt und werden hier im Gebiet hoher Frequenzen entsprechend verwendet.
Um eine Mehrdeutigkeit der Anzeige auszuschalten, ist ein Amplitudensieb vorgesehen, mittelsdessen'Impulse, die unterhalb eines bestimmten Energiepegels liegen, nicht mehr verstärkt und angezeigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, solche Mehrfaehreflexionen zu unterdrücken, die noch vom vorletzten Impuls herrühren und erst den Empfän- ger erreichen, wenn bereits der nächste Im- puls ausgesendet worden ist. Die Impulsfolgefrequenz ihrerseits wird so eingestellt, dass derartige verspätet ankommende Impulse unterhalb des Schwellwertes des Amplitudensiebes bleiben.
Das Amplitudensieb ermöglicht gleichzeitig eine sogenannte e "Schwarz-Wei¯ Anzeige , also die Verwendung eines Indikators, der lediglich das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers einer bestimmten Grösse anzeigt.
Durch die Möglichkeit, den Durchlassbereich des empfängerseitigen Laufzeitfilters seoir-en stellen zu können, wird das Auf lösungsvermögen wesentlich gesteigert, ohne dass die Ablesung des Resultates komplizierter wird.
Die Anzeige der Messwerte kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein mit der Impulsfrequenz synchron rotierender Schalter die Empfänger-Ausgangsspannung auf verschiedene Anzeigeorgane, beispielsweise Gl hlampen gibt., die rÏumlich nebeneinander angeordnet, den verschiedenen Laufzeiten zuge- ordnet sind. Natürlich kann man an Stelle dieses mechanisch arbeitenden Systems auch eine Braunsche Rohre verwenden. Dabei ist zunächst daran gedacht, von Hand den Phasenschieber des Empfängers zu betätigen und auf einen gewiinschten Laufzeitbereich einzustellen. Man kann aber auch diesen Phasenschieber mit einer gegenuber der Impulsfolgefrequenz kleinen Frequenz antreiben, so dass ¯ der ganze in Frage kommende Laufzeitbereich überstrichen wird.
Dadurch werden die zeitlieh nacheinander auftretenden Impulse durch die geschilderte Schaltanordnung gleichzeitig und nebeneinander zur gebracht. Es ist ferner daran gedacht., eine besondere Vorrichtung vorzusehen, mittels deren die einzelnen Impulse gespeichert werden können, um ein stehendes Bild zu erzeu- gen. Es kann aber auch, wenn der Ort der vermuteten Störstelle von der Natur vorgegeben ist, zum Beispiel bei der Prüfung einer Schwei¯naht auf Schweissfehler, eine bestimmte Laufzeit und Laufzeitbreite fest eingestellt werden und beispielsweise mit einer Glimmlampe das Fehlen oder Vorhandensein eines Fehlers angezeigt werden.
Ferner ist es auch möglieh, den Ultrasehallsender beispielsweise sägezahnförmig in seiner Frequenz zu modulieren. Dadurch werden gleichzeitig-auf versehiedenen Wegen -verschiedene Frequenzen den Empfänger erreichen, welche bei Vorhandensein eines niehtlinearen Gliedes zum Auftreten von Kombinationsfrequenzen führen. Die Zahl der sich ausbildenden Kombinationsfrequenzen lässt sich sehr einfach dadurch einschränken, dass man dieses Verfahren mit dem oben ge schilderten kombiniert und während eines Frequenzhubes den Sendekopf nur während eines kurzen Zeitintervalles impulsartig tastet.
Sieht man auch jetzt am Empfänger ein Laufzeit. filter vor, das, wie oben beschrieben, von der Impulsfolgefrequenz des Senders gesteuert wird, so wird der während der Durchlass- dauer eintreffende Empfangsimpuls eine ganz bestimmte Frequenz aufweisen. Überlagert man diesem Empfangsimpuls eine Wechsel spanmmg, die direkt vom Sender zum Empfänger bertragen wird, so entsteht eine Kombinationsfrequenz, d'eren Höhe ein Mass für die Laufzeit ist. Macht man den Modulation.s- bub undr die ModuTationsfrequenz des Senders verÏnderlich, so lassen sich wieder für alle vorkommenden Fälle bzw. Formen der Werk stücke geeignete Laufzeitspektren entwickeln.
Man kann die sich ausbildenden Modulations töne durch ein veränderliches Frequenzsieb voneinander trennen und ähnlich wie oben zur Anzeige verwenden.
Es ist des weiteren bekannt, unter Ausnutzung der Richtcharakteristik von Schallgebern und Schallempfängern, die hierzu besonders eingerichtet sind, eine bestimmte Ausbrei- tungsrichtung in der Übertragung zu bevor zugen. Kombiniert man dieses Verfahren mit der Einrichtung, die gestattet, eine oder meh zere Ultraschallwellen bestimmter Laufzeit auszusieben, so lässt sich die Unterdrückung nicht gewollter Ausbreitungswege in noch einfacherer und besserer Weise durchführen.
Gleichzeitig lassen sich die geschilderten Verfahren dadurch zu einer noch grösseren Genauigkeit d'er Anzeige ausarbeiten, dass man gleichzeitig mitl zwei getrennten Sehall- empfängern arbeitet, bei denen das Auftreten bzw. das Fehlen eines Empfangsimpulses, hervorgerufen durch die Störstelle, komplementär sind. Diese Anzeige ist nicht nur als solche sicherer, sondern sie erlaubt gleichzeitig, mit grösserer Genauigkeit Rück schlüsse auf die Lage der Störstelle zu ziehen.
Procedure for material testing using ultrasound.
Various methods have already become known with the aid of which material defects or welding defects on "workpieces using" ultrasonic waves are to be detected. The simplest method is to irradiate a workpiece using ultrasonic waves and to measure the transmitted or reflected ultrasonic energy with a receiver. If there are defects in the workpiece, the sound radiation is reflected on them, which is noticeable by a weakening of the ultrasound energy reaching the receiver during the radiation process or an increase in the reflection process.
It is also known to wobble the frequency of the ultrasound transmitter in order to reduce the influence of disruptive interferences or resonances. Methods adopted from radio technology have also become known which work with ultrasonic pulses and in which the received pulses are used for display on a Braunsehen tube.
All of these methods have the disadvantage that they are generally ambiguous, require a great deal of prior knowledge to interpret the findings and do not always prove the point of failure with absolute certainty.
According to the invention, workpieces are tested for material or welding defects by means of ultrasound in that one or more ultrasound beams with a certain transit time are screened out by electrical devices and used to display the material or welding defects.
Welding errors are used.
Most or all of the large number of ultrasound beams that can reach the receiver through reflection or multiple reflection at the boundary surfaces of the workpiece should be suppressed in such a way that only those beams reach the receiver which are reflected at a point of interference to be found or in the penetrating point The beam path through the point of failure has been weakened.By limiting yourself to beams of certain transit times, you can filter out beams of a very specific, given zigzag path, especially with preferably plate-shaped workpieces, so that you can choose in particular
that they are interrupted by the possibly existing fault. If the suspected interference point is present, no energy will arrive at the receiver in this case.
It is advisable to work with pulses of variable pulse width and variable pulse repetition frequency and to influence the receiver by means of the impulse generator in such a way that it changes periodically with the impulse repetition frequency only a certain one in its phase as well as in its duration variable time is switched on. It should be possible to regulate the width of the transit time interval recorded by the receiver, in particular, independently of the width of the transmission pulses.
However, it can also be advantageous to use special switching measures to couple the passage width of this so-called transit time filter, i.e. the duration during which the receiver lets through, with the phase shift of the adjustable monitoring pulse in such a way that this duration becomes smaller and smaller with increasing delay.
The more time has passed since the transmission pulse was sent out, the more the reception pulses arriving from different paths accumulate. Of these, only a few or only a single one might have been let through by the receiving amplifier. With this transit time filter it is possible to screen out individual ones from the multitude of incoming ultrasonic pulses and thereby only to measure the ultrasonic energy that reaches the receiver on very specific paths. If there is a disturbance in this path, this will be noticeable on the receiver through the absence of the associated impulse.
The opposite effect can also be achieved by selecting suitable transit times, namely that without the presence of the interference point no energy at all reaches the receiver, while the occurrence of the interference point reflects an impulse that is correct in terms of transit time to the receiver.
You can work with separate transmitting and receiving heads as well as using the same head that is consecutively called. The transmitter and receiver are working. If the same head is used for sending and receiving, a special blocking device is of course required to keep the high transmission voltage away from the receiver. As such, an electrical switch can be used that blocks the direct path from the RF transmitter to the receiver amplifier without significantly attenuating the path from the RF transmitter to the transducer and from the transducer to the receiver amplifier. Such switches are known from low-frequency technology and are used accordingly in the field of high frequencies.
In order to eliminate ambiguity in the display, an amplitude filter is provided, by means of which pulses which are below a certain energy level are no longer amplified and displayed. In this way it is possible to suppress such multiple reflections that still originate from the penultimate pulse and only reach the receiver when the next pulse has already been sent out. The pulse repetition frequency, for its part, is set in such a way that such late arriving pulses remain below the threshold value of the amplitude filter.
The amplitude sieve simultaneously enables a so-called black-and-white display, that is to say the use of an indicator which merely shows the presence or absence of an error of a certain size.
The possibility of being able to set the transmission range of the delay time filter at the receiver end significantly increases the resolution without making reading the result more complicated.
The measured values can be displayed, for example, in that a switch rotating synchronously with the pulse frequency sends the receiver output voltage to various display elements, for example incandescent lamps, which are arranged spatially next to one another and are assigned to the various running times. Of course, a Braun tube can also be used instead of this mechanically operating system. It is initially thought to operate the phase shifter of the receiver by hand and set it to a desired transit time range. However, this phase shifter can also be driven with a frequency that is small compared to the pulse repetition frequency, so that ¯ the entire transit time range in question is covered.
As a result, the pulses that appear one after the other are brought to the described switching arrangement simultaneously and next to one another. It is also contemplated to provide a special device by means of which the individual impulses can be stored in order to generate a still image the inspection of a weld seam for welding defects, a certain running time and running time width can be fixed and, for example, the absence or presence of a defect can be displayed with a glow lamp.
It is also possible to modulate the frequency of the ultrasound transmitter, for example, in a sawtooth shape. As a result, different frequencies will reach the receiver at the same time - in different ways - which, if a non-linear element is present, lead to the occurrence of combination frequencies. The number of combination frequencies that develop can be limited very easily by combining this method with the one described above and only scanning the transmitter head in pulses for a short time interval during a frequency swing.
You can now see a running time on the receiver. filter, which, as described above, is controlled by the pulse repetition frequency of the transmitter, the received pulse arriving during the transmission period will have a very specific frequency. If an alternation of spanmmg is superimposed on this received pulse, which is transmitted directly from the transmitter to the receiver, a combination frequency arises, the height of which is a measure of the transit time. If the modulation.bub and the modulation frequency of the transmitter are changed, then suitable transit time spectra can be developed again for all cases or shapes of the workpieces.
The modulation tones that develop can be separated from one another by a variable frequency sieve and used for display in a similar way to the above.
It is also known to use the directional characteristic of sound generators and sound receivers, which are specially set up for this purpose, to give preference to a certain direction of propagation in the transmission. If this method is combined with the device that allows one or more ultrasonic waves of a certain transit time to be screened out, then unwanted propagation paths can be suppressed in an even simpler and better manner.
At the same time, the described methods can be worked out to an even greater accuracy of the display by working simultaneously with two separate visual hall receivers, in which the occurrence or absence of a received pulse caused by the point of interference are complementary. This display is not only more reliable as such, but also allows conclusions to be drawn about the location of the fault with greater accuracy.