DE1473349B2 - Ultraschalluntersuchungsverfahren - Google Patents

Description

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Taktgeber mit einem Stufenschalter synchronisiert abgestimmten Filter 26. Der Filterverstärker 24 bzw.

ist, wobei der letztgenannte Schalter synchron mit das Filter 26 sind auf ihre speziellen Frequenzen

der Frequenz des Wobbiers auf bestimmte Filter abgestimmt, wobei deren Ausgangssignale durch

einstellbar ist. einen Detektor 28 gemischt und demoduliert wer-

Das Verfahren gemäß der oben angegebenen 5 den. Das Signal wird dann durch einen Verstärker 30

USA.-Patentschrift 2 921 465 läßt sich grundsätzlich verstärkt und den vertikalen Ablenkungsplatten eines

nicht bei jedem Werkstück durchführen, weil der Oszillographen 32 zugeführt.

Wobbeihub des Wobbiers naturgemäß sehr gering Der Verstärkungskompensator 14 kann gemäß der ist. Diesbezüglich ist ein Wobbeihub von 10 kHz bei Schaltung nach der USA.-Patentschrift 3 033 029 einer Frequenz von 5 MHz genannt. Hierdurch kön- io ausgeführt sein, wobei ein Verstärkungssteuersignal nen aber offensichtlich nicht die Meßergebnisse wie an einem Verstärker liegt, so daß das Eingangsmit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wer- Spannungssignal in einem Verhältnis verstärkt wird, den, dessen Frequenzbereich gemäß einem bevorzug- welches mit der Abnahme der Signalspannung inten Beispiel zwischen 2 und 10 MHz liegt. folge des von dem Puls durch das Probenmaterial zu

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ganz all- 15 laufenden Weges abnimmt.

gemein den Vorteil, daß eine verhältnismäßig sehr Eine Untersuchung erfolgt mit den beiden auf genaue Auswertung von in einem Werkstück ent- 10 und 2,25 MHz liegenden Frequenzen. Alle durch haltenen Inhomogenitäten nach Abmessung und Lage den Wandler 18 aufgenommenen Frequenzen werden möglich ist. in dem Empfänger 22 verstärkt und dem Filter-Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- 20 verstärker 24 bzw. Filter 26 zugeführt. Bei stark .nung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel abschwächendem Stahl ergibt sich praktisch kein einer Anordnung zur Durchführung des erfindungs- Ausgangssignal bei 10 MHz von größeren Tiefen als gemäßen Verfahrens in Blockschaltbilddarstellung 25 mm in der Probe 20. Signale, die jedoch beispielszeigt. weise der Inhomogenität 20 a entsprechen, welche Ein Taktgenerator 10 führt einem Pulsgeber 12, 25 dicht an der Oberfläche liegt, laufen durch das einem Verstärkungskompensator 14 und einem Schal- Filter 26 und den Detektor 28, werden durch den ter 16 einen Taktpuls zu. Das Signal des Taktgene- Verstärker 30 verstärkt und bedingen ein Anzeigerators 10 dient als Trägersignal für den Pulsgeber signal 32 a für eine Inhomogenität an dem Schirm 12, welcher einen Nadelpuls α von hoher Spannung des Oszillographen 32. Der Verstärkungskompenerzeugt. Die Vorderkante des Pulses α ist sehr steil, 30 sator 14 wird so justiert, daß kein Signal von beispielsweise 2 χ 10"² Mikrosekunden. Die Hinter- 2,25 MHz durch den Filterverstärker läuft, bis eine kante des Pulses fällt exponentiell ab und kann Zeit abgelaufen ist, welche einer Tiefe von etwa bezüglich ihrer Abfallzeit justiert werden. Ein Puls 12,5 mm des Probenmaterials entspricht. Nach dieser dieser Art umfaßt ein breites Frequenzspektrum, Periode können Signale durchlaufen. Auf diese Weise welches nach der hochfrequenten Seite hin durch die 35 werden diejenigen Signale der Frequenz 2,25 MHz Anstiegszeit und nach der niederfrequenten Seite hin von dem nahen Oberflächenbereich der Probe 20 durch die Pulsfrequenz bestimmt ist. Dieser Puls eliminiert, welche normalerweise vorliegen und die wird einem Ultraschallwandler 18 zugeführt, der bei- Signale höherer Frequenz überdecken. In ähnlicher spielsweise aus Lithiumsulfat besteht. Der Wandler Weise erzeugt die tiefliegende Inhomogenität 20 & 18 befindet sich in Berührung mit einer zu unter- 40 ein Echosignal in dem unteren Frequenzbereich, suchenden Probe 20, welche innere Defekte bzw. In- welcher durch den auf 2,25 MHz abgestimmten homogenitäten 20 a, 20 b aufweisen soll. Der Wand- Filterverstärker 24, den Detektor 28 und den Verier 18 spricht mechanisch auf^vden elektrischen Puls stärker 30 verläuft, wobei ein zweites Fehlstellenan und erzeugt eine mechanische Ultraschallwelle, signal 32 b an dem Oszillographen 32 angezeigt welche durch die Probe 20 in bekannter Weise bin- 45 wird.

durchläuft und von den Inhomogenitäten 20 α, 20 & Der Erfindungsgedanke kann in Abweichung von — wie bekannt — reflektiert wird. Ein Breitband- dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausfühempfanger 22 verstärkt die von dem Wandler 18 rungsbeispiel auch mit einer Anordnung durchgeführt aufgenommenen Signale und liegt hinsichtlich seines werden, bei welcher dem Wandler mehr als zwei Ansprechbereichs innerhalb des zu untersuchenden 50 Filter bzw. Filterverstärker nachgeordnet sind. In Frequenzbereichs. Der Empfänger 22 spricht bei- einem solchen Fall erhält man ein Echooszillospielsweise auf Frequenzen im Bereich von 1 bis gramm mit mehreren zeitlich nacheinander auftre-10 MHz an, so daß alle in diesem Frequenzbereich tenden Impulspaaren entsprechend verschiedenen aufgenommenen Frequenzen gleichmäßig verstärkt Tiefen innerhalb der Probe, wobei in jedem Tiefenwerden. Der Ausgang des Breitbandempfängers 22 55 bereich eine dort vorliegende Inhomogenität bezüg-Hegt an einem Filterverstärker 24, welcher auf lieh ihrer Abmessungen sehr genau ermittelt werden 2,25 MHz abgestimmt ist, und an einem auf 10 MHz kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 sitzt die Inhomogenität »tiefer« im Werkstück, so Patentansprüche: erfährt der die höhere Frequenz aufweisende Frequenzanteil eine stärkere Dämpfung als der die

1. Ultraschalluntersuehungsveifahreh zur Er- niedrigere Frequenz aufweisende Frequenzanteil, was mittlung von in einem Werkstück vorhandenen, 5 zur Folge hat, daß das Amplitudenverhältnis der Ultraschallwellen reflektierenden Inhomogenitä- beiden Frequenzanteile geändert wird, beispielsweise ten durch Einleitung eines ein Frequenzspektrum derart, wie dies in F i g. 6 unten des Artikels daraufweisenden Ultraschallimpulses in ein Werk- gestellt ist. Damit ergibt sich aber keine eindeutige stück, Empfang der reflektierten Ultraschallwel- Auswertung, weil es beispielsweise bei einem Auslen nach doppeltem Durchlaufen zumindest io wertungsoszillogramm gemäß F i g. 6 unten des Areines Teiles des Werkstücks, Umwandlung der tikels nicht klar ist, ob es sich bei der georteten empfangenen Ultraschallwellen in entsprechende Inhomogenität ütii ein Loch von 0,8 mm Durchelektrische Signale und Auswertung von deren messer in einem Abstand« oder um ein Loch mit verstärkten Ffequerizanteiien, dadurch ge- einem Durchmesser von 3 mm in einem Abstand kennzeichnet, daß von zumindest zwei aus 15 b>α handelt. Eine eindeutige Auswertung durch den elektrischen Empfangssignalen ausgesiebten Amplitudenvergleich gemäß dem Artikel läßt sich Frequenzanteilen def die riiBdrigere Frequenz demnach nicht erzielen.

aufweisende Frequenzanteil erst nach einer be- Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines stimmten Zeit seit Einleitung des Ultraschall- demgegenüber verbesserten Verfahrens, welches eine impulses verstärkt wird, welche dadurch be- 20 eindeutige Auswertung von Inhomogenitäten in stimmt ist, daß zu dieser Zeit der die höhere einem Werkstück hinsichtlich Lage und Abmessun-Frequenz aufweisende Frequenzanteil auf Grund gen ermöglicht. Erreicht wird dies dadurch, daß von der Ausbreitung der Ultraschallwellen im Werk- zumindest zWel aus den elektrischen Empfangsstück bereits stark gedämpft wird. Signalen ausgesiebten Frequenzanteilen der die nied-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 rigere Frequenz aufweisende Frequenzanteil erst kennzeichnet, daß jeder Frequenzanteil mit einem nach einer bestimmten Zeit seit Einleitung des Ultraunterschiedlichen veränderbaren Verstärkungs- schallimpulses verstärkt wird, welche dadür&h befaktor verstärkt wird. stimint ist, daß zu dieser' Zeit der die höhere

Frequenz aufweisende Frequenzähteil auf Grund der

30 Ausbreitung der Ultraschallwellen im Werkstück bereits stärk gedämpft wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden an-

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallunter- meldungsgemäß also zur Auswertung lediglich die suchungsverfahren zur Ermittlung von in einem Amplituden ein und desselben Frequenzanteils heran-Werkstück vorhandenen, Ultraschallwellen reflek- 35 gezogen, während das Auftreten unterschiedlicher tierenden Inhomogenitäten durch Einleitung eines reflektierter Frequenzanteile lediglich zur Feststelein Frequenzspektrum aufweisenden Ultraschall- lung von in verschiedener »Tiefe« vorliegenden Inimpulses in ein Werkstück, Empfang der reflektier- homögenitäten in dem Werkstück dient. Beispielsten Ultraschallwellen nach doppeltem Durchlaufen weise würde bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 unten zumindest eines Teiles des Werkstücks, Umwandlung 40 des oben angegebenen Artikels in dem nach dem der empfangenen Ultraschallwellen in entsprechende erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Apswerteelektrisehe Signale und Auswertung von derer! ver- os'zillögramm die Amplitude dös die höhere Frequenz stärkten Frequenzanteilen. aufweisenden Frequenzanteils verschwinden, wenn

Nach dem Artikel mit dem Titel »Determination die Inhomogenität einen größeren Abstand von der of the Geometry of Hidden Detects by Ultrasonic 45 Werkstückoberfläche als gezeigt* aufweist, anderer-Pulse Analysis Testing« in der_; Zeitschrift «The seits würde der die niedrigere Frequenz aufweisende Journal of the Acoustical Society of America«, Frequenzanteil erst später, jedoch mit im weseni-Bd. 35, Nr.

3, März 1963, ist bereits ein Ultraschall- liehen gleicher Amplitude auftreten. Auf diese Weise untersuchungsverfahren der erwähnten Art bekannt, ist nicht nur eine genauere Auswertung bezüglich der bei dem die Auswertung der Freqüenzanteile durch 50 Abmessungen der Inhomogenität, sondern auch beeinen Amplitudenvergleich (s. insbesondere Fig.6 züglich deren Abstandes von. der Werkstückoberdes Artikels) erfolgt. Nun ist aber die Amplitude fläche möglich.

eines bestimmten Freqüenzanteils der von einer Nach der USA;-Patentschrift 2921465 ist auch Inhomogenität reflektierten Ultraschallwellen nicht . ein Verfahren bekannt, das auf einem gegenüber dem nur eine Funktion der Äbhi&ssürtgen der betreffenden SS erfindüngsgemäßen Verfähfen Unterschiedlichen Prin-Inhomogenitätj sondern auch eine 'Funktion der zip beruht, nämlich der Ausbildung stehender Wellen Dämpfung des betreffenden Frequenzanteils. Wenn zwischen der Werkstückoberfläehe und einer in dem also gemäß Fig. 6 des Artikels bei einem eine In- Werkstück enthaltenen Inhomogenität. Jedem Abhomogenität darstellenden Loch von z. B. $ inm stand einer Inhomogenität von der Werkstückober-Durchmesser die Amplitude des die höhere Frequenz 60 fläche entspricht hierbei eine bestimmte Resonanzaufweisenden Frequenzanteils größer als diejenige frequenz, welche nach Empfang gefiltert und ausdes die niedrigere Frequenz aufweisenden Frequenz- gewertet wird. Zu diesem Zweck werden zeitlich anteils ist, so gilt dies nur für einen bestimmten aufeinanderfolgend diskrete Frequenzen in das Abstand der Inhomogenität von derjenigen Werk- Werkstück eingestrahlt, wobei in einer Auswertestückoberfläche, in welche der Ultraschallimpuls ein- 65 einrichtung ein auf diese diskrete Frequenz abgegestrahlt wird. Ist hingegen bei dem Beispiel gemäß stimmtes Filter eingeschaltet wird. Die Einstrahlung F i g. 6 oben des Artikels der Abstand der Inhomo- der diskreten Frequenzen erfolgt durch einen Wobbgenität von der Werkstückoberfläche größer bzw. ler, welcher über einen Sägezahngenerator bzw. einen