DE1136138B - Automatisches Ultraschallpruefgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft automatische Ultraschallprüfgeräte, die nach dem Impulsechoverfahren arbeiten. Im Gegensatz zu von Hand bedienten Geräten, bei denen die Bedienungsperson die einzelnen Impulse und Echos auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre verhältnismäßig leicht und einwandfrei beobachten und unterscheiden kann, ist es bei automatischen Geräten schwieriger, die Reflexionsimpulse von Fehlerechos sauber zu trennen und automatisch eine ausschließlich auf die Fehlerstellen beschränkte graphische oder akustische Anzeige zu erhalten.

Man hat versucht, diese Aufgabe mit Geräten zu lösen, bei denen ein Ultraschallwandler die von einem in einer Flüssigkeit befindlichen Werkstück reflektierten Impulse aufnimmt und bei denen ein Impuls-Verstärker durch einen Steuervorgang nach einer vorbestimmten Zeit vorübergehend wirksam gemacht wird, so daß in Überernstimmung mit der durch den Steuervorgang gegebenen Zeitsteuerung einem Anzeigegerät Impulse zugeführt werden, die aus einer vorbestimmten Zone innerhalb des Werkstückes stammen.

Bei einer bekannten Ausführungsform werden aber zwei Ultraschallwandler benötigt, von denen die Impulse aufgenommen werden, während bei einer anderen Ausführungsform eine Koinzidenzschaltung erforderlich ist, die nur dann betätigt wird, wenn an zwei Endeingängen der Schaltung gleichzeitig Spannungen auftreten.

Gemäß der Erfindung wird lediglich mit einem Ultraschallwandler gearbeitet, und es ist keine Koinzidenzschaltung erforderlich.

Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen zur Erzeugung eines gegenüber dem ausgesandten Impuls verzögerten Auslöseimpulses vorgesehen, und in einem Steuerimpulsgenerator wird in Abhängigkeit von diesem Auslöseimpuls ein Steuersignal erzeugt, das einen an den Wandler angeschlossenen Eintrittsflächenechoverstärker wirksam macht und das mitHilfe einer Verbindung zwischen dem Eintrittsflächenechoverstärker und dem Steuerimpulsgenerator beim Eintreffen des von der Eintrittsfläche des Ultraschalles in das Werkstück stammenden Echos beendet wird; eine einstellbare Zeitschaltung spricht auf dieses Echo an, um die Zeitdauer des Steuervorgangs einzustellen. Das Gerät arbeitet also sehr einfach. Das erste Echo, welches von der Reflexion des ausgesandten Impulses an der Oberfläche des Werkstückes herrührt, wird benutzt, um die einstellbare Zeitschaltung zu beeinflussen, welche die Dauer des Steuervorgangs bestimmt, der den Impulsverstärker vorübergehend wirksam macht, damit die Fehlerechos, die aus einer vor-Automatisches Ultraschallprüfgerät

Anmelder:

Sperry Products, Inc.,
Danbury, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Januar 1955 (Nr. 482 961)

FJliott Addision Henry, Newton, Conn. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

bestimmten Zone innerhalb des Werkstückes stammen, angezeigt werden. Außerdem wird das erste Echo dazu benutzt, ein Steuersignal zu beenden, das durch einen verstärkten Auslöseimpuls ausgelöst wird und den Eintrittsflächenechoverstärker wirksam macht.

Die einstellbare Zeitschaltung enthält einen Taktgebergenerator, der bei Eintreffen des Eintrittsflächenechos eine Sägezahnschwingung in Gang setzt, sowie zwei Spannungsdiskriminatoren, die auf die Sägezahnschwingung ansprechen und die Auslöseimpulse erzeugen, welche den Steuervorgang auslösen bzw. beenden, wenn die Sägezahnschwingung die in den Diskriminatoren vorbestimmten Spannungswerte erreicht.

Außerdem können Einrichtungen zur periodischen Freigabe des Impulsverstärkers außerhalb der dem vorbestimmten Bereich innerhalb des Werkstückes entsprechenden Zeit vorgesehen sein, um das erste Echo als Prüfungssignal zu verstärken.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden im Zusamenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben, um weitere Merkmale und Einzelheiten deutlich zu machen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ultraschallimpulsprüfgerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Zeitablaufes bei diesem Prüfgerät;

Fig. 3 ist eine Darstellung der Impulsformen, die den relativen Zeitablauf in den verschiedenen Teilen des Gerätes darstellt.

209 639/196

Die in Fig. 1 der Zeichnung im Zusammenhang mit verschiedenen Teilen des Systems angegebenen Buchstaben in Kreisen (A, B.. .P) geben an, welche von den in Fig. 3 in ihrem zeitlichen Ablauf dargestellten und mit den gleichen Buchstaben bezeichneten Impulsen an den betreffenden - Schaltungspunkten des Systems wirksam sind. In Fig. 1 erzeugt ein Generator 10 einen Startimpuls A im Zeitpunkt T₀ (s. Fig. 2 und 3) und löst gleichzeitig einen Hochfrequenzim-

bedient werden oder die durch Servomotoren 48 und 49 gesteuert werden, die ihrerseits von Daten auf einem Lochstreifen oder einem anderen an sich bekannten Signalspeicher beeinflußt werden. Die Beein-5 flussung des Fehlerechoverstärkers 27 erfolgt durch einen Steuerimpulsfehlerechogenerator 45, der ein bistabiler Multivibrator ist, der von einem Auslösesignal G des Diskriminators 40 eingeschaltet und von einem Auslösesignal K des Diskriminators 41 aus-

pulsgenerator 11 und einen verzögerten Multivibra- io geschaltet wird. Die Diskriminatoren 40 und 41 tor 12 aus. Ein hochfrequenter Impuls- oder Wellen- können eine Diode enthalten, um ein Signal zu erzugß wird daher von dem Impulsgenerator 11 er- zeugen, wenn die Amplitude der Taktgeberschwinzeugt und an einen Ultraschallwandler 15 und einen gung gleich der Bezugsspannung ist. Vorverstärker 20 weitergegeben. Der Wandler 15 Der Fehlerechoverstärker 27 wird dann wirksam

setzt den elektrischen Wellenzug B des Impulsgene- 15 und verstärkt alle Fehlerechosignale zwischen den rators 11 in mechanische Schwingungen um und Zeitpunkten T₄ und T₀, wie z. B. in Zeitpunkt T₅ in strahlt diese mechanischen Schwingungen in ein Fig. 2. Die Zeiten zwischen den Echos bei T₃ und T₁ Kopplungsmedium zwischen dem Wandler 15 und und zwischen T₆ und dem Rückflächenecho bei T₇, einem Werkstück 16 ein. Der Wandler und das Werk- das von der Rückfläche 14 stammt, können durch stück befinden sich in einem Behälter T in einem flüs- 20 die Programmsteuerung so geregelt werden, daß sie sigen Kopplungsmittel, z. B. Wasser. Wenn als Kopp- sich entsprechend der geometrischen Form des lungsmittel Wasser benutzt wird, beträgt die Fort- Werkstückes ändern; die Eintrittsfläche 17 des Pflanzungsgeschwindigkeit des Schalles etwa 1 Zoll Werkstückes gibt die Bezugszeit, selbst wenn die Zeit (25 mm) in 16 Mikrosekunden. Der elektrische zwischen T₀ und T₃ (die dem Abstand zwischen dem Wellenzug B, der zur Zeit T₀ über den Vorverstärker 25 Wandler 15 und dem Werkstück gleichkommt) sich 20 geleitet wird, ist daher schon eine beträchtliche über weite Bereiche ändert. Da die Echos an festen Zeit vor der Ankunft der mechanischen Schwin- Grenzflächen ausgeschlossen werden, rührt jedes Sigungen an der Eintrittsoberfläche 17 des Werk- gnal J, das am Ausgang des Fehlerechoverstärkers 27 Stückes 16 beendet und wird sowohl von einem nor- auftritt, von einer inneren Unstetigkeitsstelle oder malerweise gesperrten Eintrittsflächenechoverstärker 30 einem Fehler her; das Signal wird in einem Signal-26 als auch einem normalerweise gesperrten Fehler- Verlängerungsgerät 31 verlängert, welches dazu dient, echoverstärker 27 nicht durchgelassen, weil diese eine konstante Amplitude aufrechtzuerhalten, die beiden gesteuerten Verstärker zur Zeit T₀ gesperrt gleich dem Spitzenwert des Signals während des sind. größeren Teils jeder vollen Schwingung des übertra-

Der Verzögerungsmultivibrator 12 ist so eingestellt, 35 genden Impulses ist. Eine gleichgerichtete Kompodaß er einen Auslöseimpuls C zur Zeit T₁ erzeugt, nente des verlängerten Signals zeigt die Größe des d. h. zu einem Zeitpunkt, bei dem der hochfrequente Fehlers an und wird in einem Modulator 32 mit einer Wellenzug B bereits beendet ist, der aber vor der An- niedrigen Frequenz moduliert, so daß es einen kunftszeit der mechanischen Schwingungen an der Schreibstiftmotor 25 betätigen kann. Ein moduliertes Eintrittsoberfläche 17 des Werkstückes 16 liegt. Der 40 Signal wird deswegen bevorzugt, weil es einen Beverzögerte Auslöseimpuls C des Multivibrators 12 zugswert »Null« enthält, der bei der Aufzeichnung steuert den Steuerimpulsgenerator 29, der den Echo- von gleichgerichteten Signalen verlorengeht, verstärker 26 entsperrt, so daß der letztere nun das Ein Niederfrequenzverstärker 50 ist normaler-

erste Echo F aufnimmt, welches von der Fläche 17 weise bereit, einen hörbaren Signalgeber 51 zu bezur Zeit T₃ eintrifft. Dieses Echo F des Eintritts- 45 tätigen, wenn Fehler auftreten. Der Verstärker 50 entflächenechoverstärkers 26 sperrt sofort den Steuer- hält einen Spannungsdiskriminator, um zu verhindern, impulsgenerator 29, der seinerseits den Eintritts- daß Rauschsignale die Alarmvorrichtung betätigen, flächenechoverstärker 26 abschaltet und den Durch- Bei jeder automatischen Prüfanlage ist es wichtig,

tritt von allen nachfolgenden Signalen verhindert, bis sicherzustellen, daß der Betrieb der Vorrichtung einer nach Ablauf der folgenden Vorgänge wieder ein- 50 wandfrei vonstatten geht. Dies ist besonders wichtig geschaltet wird. Das Echo F erzeugt einen Steuervor- bei dem Impulsechoverfahren, da in diesem Fall das gang, welcher den Fehlerechoverstärker 27 nach Ausbleiben von Signalen auch das Nichtvorhandeneiner vorbestimmten Zeit mittels der darauffolgenden sein von Fehlern bedeutet. Die Anlage ist mit ande-Schaltungen vorübergehend wirksam macht. Das ren Worten nicht von sich aus absolut sicher. Die Echo F im Zeitpunkt T₃ wird auch einem Taktgeber- 55 folgenden Vorkehrungen wurden getroffen, um ein generator 30 zugeführt, der eine lineare Sägezahn- Versagen zu verhindern und um die Anlage vollschwingung N erzeugt. Diese Taktgeberschwingung ständig sicher zu machen.

wird zwei Spannungsdiskriminatoren 40 und 41 zu- Ein Spannungsimpuls wird, wie folgt, periodisch

geführt. Die Diskriminatoren 40 und 41 erzeugen je von einer Abtastvorrichtung erzeugt. Ein Schalter 60 ein Signal, wenn die Amplitude der Taktgeberschwin- 60 kann von einem Arm auf einer Registrierblattantriebsgung gleich einer Bezugsspannung ist. Der Diskrimi- vorrichtung betätigt werden, wenn eine kreisförmige nator kann aus einer Diode bestehen, die normaler- Aufzeichnung benutzt wird. Der Schalter 60 wird daweise durch die Bezugsspannung gesperrt ist, jedoch her bei jeder Umdrehung der Antriebsvorrichtung eindurch die höhere Spannung der Taktgeberschwingung mal vorübergehend geschlossen, und ein Spannungsleitend wird. Zwei Bezugsspannungen M, L, die die 65 impuls von einer Spannungsquelle 61 wird durch eine Entsperr- und Sperrzeiten T₄ und T₆ des Fehlerecho- Spannungsdifferentiierschaltung 62 differentiiert, so Verstärkers 27 bestimmen, werden durch Potentio- daß die Flanke des Impulses als Bezugssignal dient. Ein meter 46 und 47 eingestellt, die entweder von Hand Prüf signalkoinzidenzverstärker 64 ist nach Art einer

Impulskoinzidenzschaltung ausgebildet und normalerweise gesperrt. Dem einen Eingang des Verstärkers

64 werden ständig Startsignale A im Zeitpunkt T₀ zugeführt, jedoch erscheinen sie nicht am Ausgang, weil der Verstärker gesperrt ist. Die Prüfsignale des Schalters 60 bringen jedoch einen Steuerimpulsgenerator 63 zum Ansprechen, der als bistabiler Multivibrator ausgebildet sein kann und seinerseits den Prüfsignalkoinzidenzverstärker 64 entsperrt. Der erste Startimpuls des Generators 10 im Zeitpunkt T₀, der ankommt, nachdem der Verstärker 64 entsperrt worden ist, tritt am Ausgang A auf, sperrt den Steuerimpulsgenerator 63 und wird auch einem Verzögerungsmultivibrator

65 über einen Schalter 66 zugeführt. Der Schalter 66 ermöglicht es, diese Eigenprüfeinrichtung im Bedarfsfalle abzuschalten. Das Verfahren gestattet es, jeweils einen einzelnen Prüfimpuls bei jedem Prüfvorgang auszuwählen.

Der ausgewählte Startimpuls A des Prüfsignalkoinzidenzverstärkers 64 im Zeitpunkt T₀ wird durch den Verzögerungsmultivibrator 65 bis zur Zeit T₂ verzögert (dieser Zeitpunkt liegt später als das Öffnen des Eintrittsflächenechoverstärkers 26, aber vor der Ankunftszeit des Echos F), und in dem Zeitpunkt T₂ schaltet das Ausgangssignal E des Multivibrators 65 den Steuerimpulsgenerator 45 ein. Der Fehlerechoverstärker 27 ist also im Zeitpunkt der Ankunft des Echos F zur Verstärkung bereit, und das Echo F wird daher durchgelassen und aufgezeichnet.

Der akustische Signalgeber 51 wird von einem Fehlersignal betätigt, jedoch kann das Prüfsignal wegen der Untätigkeit des Verstärkers 50 den Signalgeber nicht betätigen. Der Verstärker 50 enthält eine Koinzidenzschaltung, die normalerweise in beiden Zweigen leitend ist, die aber von einem Steuergenerator 70 in der folgenden Weise gesperrt wird. Der Auslöseimpuls des Prüfverstärkers 64 im Zeitpunkt T₀ erregt den Steuergenerator 70, der einen monostabilen Multivibrator enthält, dessen quasistabiler Zustand auf etwa 10^fl/o weniger als die Wiederholungszeit der Impulse eingestellt ist. Die so erzeugte Rechteckschwingung wird dazu benutzt, um den Verstärker 50 für das Prüfsignal während der Zeit T₀ bis T₉ zu sperren.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Automatisches Ultraschallprüfgerät, bei dem ein Ultraschallwandler die von einem in einer Flüssigkeit befindlichen Werkstück reflektierten Impulse aufnimmt und bei dem ein Impulsver-

45 stärker durch einen Steuervorgang nach einer vorbestimmten Zeit vorübergehend wirksam gemacht wird, so daß in Übereinstimmung mit der durch den Steuervorgang gegebenen Zeitsteuerung einem Anzeigegerät Impulse zugeführt werden, die aus einer vorbestimmten Zone innerhalb des Werkstückes stammen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Erzeugung eines gegenüber dem ausgesandten Impuls verzögerten Auslöseimpulses (C) vorgesehen sind und daß in einem Steuerimpulsgenerator (29) in Abhängigkeit von diesem Auslöseimpuls (C) ein Steuersignal (D) erzeugt wird, das einen an den Wandler angeschlossenen Eintrittsfiächenechoverstärker (26) wirksam macht und das mit Hilfe einer Verbindung zwischen dem Eintrittsfiächenechoverstärker (26) und dem Steuerimpulsgenerator (29) beim Eintreffen des von der Eintrittsfläche des Ultraschalles in das Werkstück stammenden Echos (F) beendet wird, und daß eine einstellbare Zeitschaltung (30, 40, 41, 45, 46, 47) dieses Echo (F) anspricht, um die Zeitdauer (T₄ bis T_e) des Steuervorgangs einzustellen.

2. Ultraschallprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Zeitschaltung einen Taktgebergenerator (30), der bei Eintreffen des Eintrittsflächenechos (F) eine Sägezahnschwingung (N) in Gang setzt, und zwei Spannungsdiskriminatoren (40, 41) enthält, die auf die Sägezahnschwingung (N) ansprechen und die Auslöseimpulse (G und K) erzeugen, welche den Steuervorgang auslösen bzw. beenden, wenn die Sägezahnschwingung (N) die in den Diskriminatoren (40, 41) vorbestimmten Spannungswerte (M und L) erreicht.

3. Ultraschallprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur periodischen Freigabe des Impulsverstärkers (27) außerhalb der dem vorbestimmten Bereich innerhalb des Werkstückes entsprechenden Zeit vorgesehen sind, um das erste Echo als Prüfungssignal zu verstärken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 489 860, 2 507 854,
562449, 2 603 966, 2 682 766;

schweizerische Patentschrift Nr. 299 408;
britische Patentschrift Nr. 664 360;
belgische Patentschrift Nr. 516 229.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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