DE1163051B - Schallgeber-Anordnung fuer die zerstoerungsfreie Werkstoffpruefung und die Ultraschalldiagnostik - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 01 η

Deutsche KL: 42 k-46/06

Nummer: 1163 051

Aktenzeichen: J 20288IX b / 42 k

Anmeldetag: 24. Juli 1961

Auslegetag: 13. Februar 1964

Die Erfindung betrifft eine Schallgeber-Anordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und die Ultraschalldiagnostik nach dem Ultraschall-Impulsreflexionsverfahren.

Die bekannten Schallgeber bestehen häufig aus einem in ein Gehäuse eingebauten piezoelektrischen Element, das sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger arbeitet und senkrecht oder unter einem festen oder veränderbarem Winkel in ein Prüfobjekt einstrahlt.

Weiterhin sind Schallgeber bekannt, die aus zwei nebeneinander angeordneten Piezoelementen bestehen, wobei das eine als Schallsender und das andere als Schallempfänger arbeitet. Ihre Schallstrahlungsrichtungen sind entweder zueinander parallel und senkrecht zur Objektoberfläche gerichtet oder unter gleichen, aber einander entgegengesetzten Winkeln zu ihr, so daß sich die beiden Strahlungsfelder innerhalb des Prüfobjekts kreuzen.

Nachteilig bei den sowohl als Sender und Empfänger arbeitenden Impulsschallgebern ist die Tatsache, daß sie eine »tote Zone« besitzen. Während der Zeitdauer des aufgedrückten Sendeimpulses, vergrößert um die Zeitdauer des Abklingens der mechanischen Deformation sowie um die Zeit, die der angestoßene Verstärker zur Beruhigung benötigt, kann kein Echosignal empfangen und verstärkt werden.

Die aus zwei Piezoelementen bestehenden Schallgeber besitzen diese tote Zone dann nicht, wenn sich die gebrochenen Schallstrahlungsbündel unmittelbar an der Werkstückoberfläche kreuzen. Jedoch haben sie den Nachteil, daß durch die Kreuzung der äußeren Randstrahlen eine maximale Erfassungstiefe vorgegeben ist, wie dies F i g. 1 zeigt.

Die Nachteile der beiden bekannten Schallgeberkonstruktionen werden erfindungsgemäß durch eine Anordnung beseitigt, bei der zwei zylindrisch gekrümmte Piezoelemente so auf je einem auf das Prüfobjekt aufzulegenden Kunststoffkeil aufgekittet sind, daß ihre Schallstrahlungsfelder in Richtung zum Prüfobjekt divergieren und gegeneinander gerichtet sind. Die äußeren Randstrahlen dringen dabei senkrecht in die Oberfläche des Objekts ein, während sich die inneren Randstrahlen unmittelbar an der Prüfobjektoberfläche kreuzen.

In den Figuren zeigt F i g. 1 schematisch eine mit zwei Schallgebern 1 und 2 arbeitende bekannte Anordnung. Dabei sind die beiden Schallgeber auf Kunststoffkeilen 3 und 4 angeordnet, die auf dem zu prüfenden Werkstück 5 aufliegen. Die durch die Randstrahlen 6 und 7 bzw. 8 und 9 gekennzeichneten Schallgeber-Anordnung für die zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung und die Ultraschalldiagnostik

Anmelder:

Jenoptik Jena G. m. b. H., Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Franz Hötzel, Jena,

Dr. Hans-Joachim Martin, Jena

Schallstrahlungsbündel sind so gerichtet, daß sie sich an der Oberfläche des Werkstückes 5 kreuzen. Die maximale Erfassungstiefe ist bei dieser Anordnung durch die Kreuzung 10 der äußeren Randstrahlen 7 und 9 begrenzt.

Bei der in F i g. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung liegen auf dem zu prüfenden Werkstück 5 zwei Kunststoffkeile 11 und 12. Auf die Keile sind zylindrisch gekrümmte keramische Piezoelemente 13 und 14 aufgekittet, die beispielsweise aus Bariumtitanat oder Bleizirkonat bestehen können. Der Krümmungsradius der Piezoelemente 13 und 14 ist so bemessen, daß die inneren Randstrahlen 15 und 17 etwa 15° gegen die Normale geneigt sind. Durch eine schallisolierende Schicht 19 zwischen den beiden Kunststoffkeilen 11 und 12, die beispielsweise aus 0,2 mm starkem Kork besteht, wird erreicht, daß keine Schallenergie durch direkte Schalleitung vom Sendekeil 11 zum Empfangskeil 12 gelangen kann und daß die Oberfläche des Prüfobjekts 5 allein kein Echo hervorruft. Die durch die Randstrahlen 15 und 16 bzw. 17 und 18 gekennzeichneten Strahlungsfelder lassen erkennen, daß bereits unmittelbar unter der Oberfläche des Prüfobjekts 5 befindliche reflektierende Unhomogenitäten Von beiden Schallgebern erfaßt werden, während in der Tiefe des Objekts der Erfassungsbereich überhaupt nicht begrenzt ist.

Beide Kunststoffkeile 11 und 12 haben an ihren Außenseiten eingefräste schallzerstreuende Riffelungen 20, die vermeiden sollen, daß durch die Nebenkeulen der Piezoelemente Oberflächenwellen angeregt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schallgeber-Anordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und die Ultraschalldia-

409 508/220

gnostik nach dem Ultraschall-Impulsreflexionsverfahren, bestehend aus zwei piezoelektrischen Elementen, von denen das eine als Sender und das andere als Empfänger arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente zylindrisch gekrümmt und so auf je einen auf das Prüfobjekt aufzulegenden Kunststoffkeil aufgekittet sind, daß ihre Schallstrahlungsfelder in Richtung zum Prüfobjekt divergieren und gegeneinander gerichtet sind.

2. Schallgeber-Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel der zylindrisch gekrümmten Piezoelemente so bemessen ist, daß die äußeren Randstrahlen der Schallstrahlungsfelder senkrecht auf der Prüfobjektoberfläche stehen und sich die inneren Randstrahlen nach Brechung an der Grenzschicht Kunststoffprüfling unmittelbar unter der Prüfobjektoberfläche kreuzen.

3. Schallgeber-Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkeile über die äußeren Randstrahlen hinaus verlängert sind und an der Außenseite eingefräste schallzerstreuende Riffelungen tragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 508/220 2.64 © Bundesdruckerei Berlin