DE1139995B

DE1139995B - Vorrichtung zur Ultraschallpruefung von ebenflaechigen festen Koerpern

Info

Publication number: DE1139995B
Application number: DER21663A
Authority: DE
Inventors: Paul Renaut
Original assignee: Realisations Ultrasoniques SA
Current assignee: Realisations Ultrasoniques SA
Priority date: 1956-08-11
Filing date: 1957-08-10
Publication date: 1962-11-22
Also published as: US3163784A; GB850478A; FR70023E

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von ebenflächigen festen Körpern, bei welcher ein oder mehrere drehbare Ultraschallsender durch Vermittlung einer Flüssigkeit ihre gebündelten Schallwellen über einen Reflektor auf den kontinuierlich verschobenen Prüfling lenken und ihn nach zur Verschiebungsrichtung senkrechten Zeilen abtasten.

Es sind bereits Einrichtungen zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall bekannt, bei denen das Ultraschallbündel mit einem senkrechten Einfallswinkel und nach Durchlauf einer konstanten Bahn von der Ultraschallquelle aus auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks trifft. Dieses Ergebnis wird bei diesen vorbekannten Einrichtungen jedoch nur auf Grund dessen, daß das betreffende Prüfstück ein Drehkörper ist, zwangweise erzielt, ohne daß dafür besondere Vorkehrungen getroffen sind und dhne daß dieses Ergebnis verlangt oder gewünscht worden ist.

Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, daß es bei der Prüfung von ebenflächigen festen Körpern mittels eines umlaufenden Ultraschall-Strahlenbündels wesentlich ist, daß man mittels entsprechender Reflektoren es einrichtet, daß ein senkrechter Einfallswinkel und die Konstanz der Bahn des Strahlenbündels beibehalten werden. Diese beiden Gegebenheitenwerden nämlich gewöhnlich dann nicht erreicht, wenn das betreffende Prüfstück kein Drehkörper ist.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist nun dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der oder die Reflektoren der hier vorgeschlagenen Vorrichtung so ausgebildet sind, daß ihre Schnittkurve mit der Ebene, in welcher die Rotation des oder der Ultraschallsender erfolgt, eine Parabel ist, und daß der oder die Ultraschallsender jeweils im Brennpunkt dieser Parabel angeordnet sind. Auf Grund dieser Formung des oder der Reflektoren wird erreicht, daß die Bahn des Strahlenbündels während des Umlaufs des oder der Sender praktisch konstant und sein Einfallswinkel zu dem ebenflächigen Prüfling im wesentlichen senkrecht ist. Die Beibehaltung dieser beiden Eigenschaften macht die Absorption der Ultraschallwellen in dem zu prüfenden Werkstück konstant, wodurch sich Meß- oder Prüffehler nicht in das Ergebnis einschleichen können. Die Beibehaltung dieser beiden Eigenschaften des Strahlenbündels ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Prüfung unter Hinzuziehung der Frequenzmodulationsmethode erfolgt, bei der mit stationären Wellen gearbeitet wird, die sich genau nur bilden können, wenn das Strahlenbündel in den Prüfling senkrecht zu dessen Oberfläche eindringt.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungs-Vorrichtung zur Ultraschallprüfung
von ebenflächigen festen Körpern

Anmelder:
Realisations Ultrasoniques Societe

ä Responsabilite Limitee,
Saint-Maur, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky, Patentanwalt, München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 11. August 1956 (Nr. 9657)

Paul Renaut, LaVarenne, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

form der Erfindung kann der Reflektor ein parabolischer Zylinder sein. Es ist fernerhin vorteilhaft, als Sender einen umlaufenden elektroakustischen Übertrager vorzusehen. Statt dessen kann der Sender aber auch aus einem ruhenden elektroakustischen Übertrager bestehen, der durch einen sich drehenden Spiegel ergänzt ist. Bei allem werden bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung sämtliche Ultraschallstrahlen dauernd die Oberfläche des Prüflings unter einem konstanten, nämlich senkrechten Einfallswinkel treffen und empfangen werden, nachdem sie von einer Entstehungsstelle aus eine Strecke durchlaufen haben, die ebenfalls stets konstant ist, was sich aus den bekannten Eigenschaften der Parabel ergibt.

Die Zeichnung läßt die Ultraschall-Prüfeinrichtung nach der Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform erkennen.

Fig. 1 gibt das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder;

Fig. 2 zeigt sie in schaubildlicher Darstellung und Fig. 3 in einem zur Verschiebungsrichtung des Prüflings senkrechten Schnitt;

Fig. 4 und 5 geben in Ansicht Schirme von Kathodenstrahloszillographen wieder, die als Anzeiger bei der Einrichtung nach Fig. 2 benutzbar sind.

Gemäß Fig. 1 ist eine Ultraschallquelle 12 im Brennpunkt 0 eines Zylinder-Parabol-Spiegels 13 an-

209 708/200

Claims

3 4

geordnet, von dem ein zu den Erzeugenden senkrech- proportional ist. Die waagerechte Abtastung des

ter Schnitt wiedergegeben ist. Wenn diese Schwin- Schirms des Kathodenstrahloszillographen ist mit der

gungsquelle sich um sich selbst um eine zu dieser Er- Drehung der umlaufenden Spiegel 18 und 23 synchro-

zeugenden parallele Achse dreht, sendet sie Ultra- nisiert, die mit einer gegenüber der Verschiebung des

schallschwingungen einzig in der Richtung der Achse 5 Bleches 16 großen Geschwindigkeit erfolgt,

des parabolischen Querschnitts des Spiegels aus. Man kann bei der in Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Andererseits kann man unabhängig von der Richtung Prüfeinrichtung auch ein nicht moduliertes kontinuier-

des Strahles O-A feststellen, daß die Summe 0^4 +AB liches Bündel von Ultraschallschwingungen benutzen,

konstant ist, in welcher A den Reflexionspunkt des und die Geschwindigkeit der senkrechten Abtastung

Strahles an dem Spiegel und B den Punkt bezeichnet, io kann dann beliebig gewählt werden, wenn sie nur klein

wo der Strahl die Fläche 14 des zu prüfenden Werk- im Vergleich zur Geschwindigkeit der waagerechten

Stücks trifft, welche parallel zu der Leitlinie der Abtastung ist. Wie Fig. 4 zeigt, wird dabei auf dem

Parabel ist. Schirm 28 des Kathodenstrahloszillographen ein leuch-

Man erhält auf diese Weise während der Abtastung tendes Rechteck 29 erscheinen, falls das Metallblech des ebenflächigen Prüflings einen konstanten Einfalls- 15 16 keine Fehler aufweist, während in diesem Rechtwinkel der Ultraschallschwingungen und eine Über- eck dunkle Flecke 27 sichtbar werden, wenn Fehlertragungsbahn von konstanter Länge und somit eine stellen vorhanden sind.

konstante Absorption in der Übertragungsflüssigkeit, Statt mit einer nicht modulierten kann man auch was einen erheblichen Vorteil dieser Art von Ultra- mit einer frequenzmodulierten kontinuierlichen Ultraschallprüfung darstellt. 20 schallwelle bei der Prüfeinrichtung nach Fig. 2 und 3

Für die praktische Ausführung dieses Prinzips kann arbeiten. Wenn die Frequenz dieser Welle gleich der

man entweder eine mit Reflexion arbeitende Einrich- Resonanzfrequenz des flächigen Werkstücks 16 ist,

tung benutzen, bei welcher der piezoelektrische Kör- wird die Stärke der durch dieses übertragenen Ultra-

per sowohl als Sender wie auch als Empfänger dient, schallschwingungen ein Maximum. Im Fall dieser Fre-

oder man kann erne mit Transparenz arbeitende Ein- 25 quenzmodulation wird das senkrechte Abtasten im

richtung verwenden, bei welcher auf der einen Seite Takt der Frequenzmodulation bewirkt, so daß die

des flächigen Prüflings ein Sender und auf der anderen Höhe des Leuchtpunkts auf dem Schirm in jedem

Seite ein Empfänger vorgesehen ist und der piezo- Zeitpunkt proportional der augenblicklichen Frequenz

elektrische Empfängerkörper sich im Synchronismus der Welle ist. Die der Resonanz entsprechenden Zei-

mit dem Abtastsender dreht oder in ruhender Anord- 30 chen erscheinen dann (vgl. Fig. 5) auf dem Schirm 28

nung aus mehreren Richtungen kommende Ultra- in der Form von in einer waagerechten Geraden 30

schallschwingungen empfangen kann. liegenden Leuchtpunkten, wenn das zu untersuchende

Eine Ultraschall-Prüfeinrichtunig dieser Art ist aus Werkstück eine durchweg gleiche Dicke aufweist.

Fig. 2 und 3 ersichtlich, welche ein zu prüfendes Me- Bei diesem mit Frequenzmodulation arbeitenden

tallblechl6 zeigen, das sich zwischen einem Sender 35 Prüfverfahren ist es für die richtige und genaue Bildung

und einem Empfänger verschiebt. Die Sendervorrich- der stationären Wellen von besonderer Bedeutung, daß

tung besteht aus einer Ultraschallquelle 17, die einen der Ultraschallstrahl in das Metallblech 16 senkrecht

sich drehenden Spiegel 18 » ausleuchtet«, der sich im zu dessen Oberfläche eintritt, und dies wird in jedem

Brennpunkt eines Zylinder-Parabol-Spiegels 19 befin- Augenblick während der Abtastung des Werkstücks

det. Die Ultraschallschwingungen werden, nachdem sie 40 durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Prüfeinrich-

in Aufeinanderfolge auf dem sich drehenden Spiegel tung gewährleistet.

18 und auf dem Zylinder-Parabol-Spiegel 19 reflek- Beispielsweise läßt sich bei der aus Fig. 2 und 3 ertiert worden sind, parallel zur Achse des Spiegels 19 sichtlichen Art der Verschiebung des Ultraschallstrahls nach einem ebenen Spiegel 20 gelenkt, der unter 45° auch ein aus Impulsen bestehender Ultraschallstrahl zur waagerechten Ebene geneigt ist, und von da gehen 45 und eine mit Reflexion arbeitende Prüfweise anwensie durch das Blech 16 senkrecht zu dessen Fläche den, vorausgesetzt, daß man nur einen einzigen Abhindurch und werden durch einen Empfänger aufge- taster benutzt. Man kann auch bei der Einrichtung nommen, welcher dem Sender ähnlich ist und in Hin- nach Fig. 2 und 3 die Drehspiegel 18 und 23 durch tereinanderanordnung einen um 45° zur waagerechten erne im Brennpunkt des Parabol-Spiegels 19 bzw. 22 Ebene geneigten Planspiegel 21 und einen Zylinder- 50 angeordnete und sich um sich selbst drehende Ultra-Parabol-Spiegel 22 sowie einen im Brennpunkt des schallquelle mit Richtwirkung ersetzen. Ferner läßt Spiegels 22 vorgesehenen und sich um die gleiche sich zur Untersuchung von Werkstücken, die eine Achse 25 wie der Spiegel 18 drehenden Spiegel 23 weniger einfache Formgebung als ein ebenes Metall- und einen mit nicht näher dargestellten Verstärkern blech aufweisen, auch ein Reflektor verwenden, der so und Anzeigern verbundenen piezoelektrischen Ab- 55 berechnet oder graphisch bestimmt ist, daß der Ultrataster 24 umfaßt. Das gesamte System ist in ein Ge- schallstrahl beim Abtasten des Prüflings dessen Oberhäuse 26 eingebaut, das mit einer die Ultraschall- fläche ständig unter einem rechten Winkel trifft.
Schwingungen wirksam übertragenen Flüssigkeit gefüllt ist und in Fig. 2 teilweise gebrochen wiedergege- Patentansprüche·
ben ist. Das zu prüfende Blech durchquert bei seiner 60

Bewegung das Gehäuse 26, bei welchem die für das 1. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von

Blech vorzusehenden Ein- und Austrittsschlitze gegen ebenflächigen festen Körpern, bei welcher ein oder

Flüssigkeitsabgang zuverlässig abgedichtet sind. mehrere drehbare Ultraschallsender durch Ver-

Der für die Einrichtung nach Fig. 2 und 3 vorzu- mittlung einer Flüssigkeit ihre gebündelten Schallsehende Anzeiger kann ein Kathodenstrahloszillograph 6g wellen über einen Reflektor auf den kontinuiersein, bei dem die Steuer- oder Wehnelt-Elektrode lieh verschobenen Prüfling lenken und ihn nach durch ein elektrisches Zeichen erregt wird, das der zur Verschiebungsrichtung senkrechten Zeilen abStärke der vom Abtaster 24 empfangenen Zeichen tasten, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die

Reflektoren so ausgebildet sind, daß ihre Schnittkurve mit der Ebene, in welcher die Rotation des oder der Ultrasohallsender erfolgt, eine Parabel ist, und daß der oder die Ultraschallsender jeweils im Brennpunkt dieser Parabel angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (19) ein parabolischer Zylinder ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender ein umlaufender elektroakustischer Übertrager vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender aus einem ruhenden elektroakustischen Übertrager (17) besteht, der durch einen sich drehenden Spiegel (18) ergänzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 167 072; französische Patentschrift Nr. 1082 343; britische Patentschrift Nr. 747142; USA.-Patentschrift Nr. 2 592135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 708/200 11.62