DE2141845C3 - Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von länglichen zylindrischen Werkstücken - Google Patents

Description

30

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von länglichen zylindrischen Werkstücken, mit einem Führungsrohr zum Aufnehmen und Führen des Werkstücks, mit einem an das Führungsrohr angesetzten drehbaren Kopf, der eine das Führungsrohr durchquerende, fiüssigkeitsgefüllte Reflexionskammer sowie eine Anzahl von mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandlern umfaßt.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung sind mehrere piezoelektrische Wandler in den drehbaren Kopf eingesetzt, und zwar durch radiale Bohrungen derart, daß die aktiven Flächen der Wandler quer zu den Radien durch das Führungsrohr liegen. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die die elektrischen Wandler aufweisenden Einsätze verhältnismäßig umständlich austauschbar und einstellbar sind.

Es ist auch bereits eine Untersuchungsvorrichtung bekannt, bei der ringförmige akustische Wandler in einer feststehenden Kammer angeordnet sind und mit einem Drehspiegel zusammenwirken. Dieser Drehspiegel bildet das einzige rotierende Teil. Dadurch, daß er nur einen begrenzten Winkelbereich radial in Richtung auf das zu untersuchende Rohr erfaßt, lassen sich die Werkstücke kreisförmig mittels des Ultraschallstrahls abtasten. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß durch die Verwendung ringförmiger Wandler, deren gesamte Oberfläche gleichzeitig aktiv ist, nur ein kleiner Teil der Ultraschallstrahlung für die eigentliche Messung ausgenutzt wird und daß die nicht ausgenutzten Strahlen in dem Gehäuse vagabundieren und zu Streustrahlungen Anlaß geben, welche das Meßergebnis stören können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der drehbare Sondenkopf ein möglichst kleines Trägheitsmoment besitzt und bei welcher ferner die Ultraschallsonden leicht austauschbar sind, wobei insbesondere zur Untersuchung bestimmter Fehlerarten ein rascher Austausch und eine rasche Einstellung der Ultraschallsonden zur Beschallung unter einem günstigen Neigungswinkel der Ultraschallstrahlen gegenüber dem Werkstück erreicht werden soll.

Die Lösung ist darin zu sehen, daß die mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandler von einem einzigen herausnehmbaren Einsatz getragen werden, daß der drehbare Kopf einen weiteren vom ersten Einsatz unabhängigen Einsatz aufweist, der eine der Anzahl der Ultraschall-Wandler entsprechende Anzahl akustischer Spiegel trägt, die dem jeweiligen zugeordneten Ultraschall-Wandler auf einer parallel zur Achse des Führungsrohres liegenden Geraden gegenüberliegen, die eine einen vorgegebenen Winkel zu dieser Geraden aufweisende Schrägfläche besitzen und die mit einer Einstellvorrichtung um diese Gerade verdrehbar sind.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Axialschnitt eines Teiles eines Ausführungsbeispie'is der Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 1ΙΙ-Π1 von F i g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Aufnahmering 1, der auf einem Fuß 2 aufgebaut ist und in dessen Inneren eine Schiene 4 auf Säulen 3 abgestützt ist. Die Schiene 4 trägt die wesentlichen Teile der Vorrichtung, nämlich links einen Sockel 5, welcher wiederum zwei Stützsäulen 8 trägt, die mittels Schrauben 9 befestigt sind (nicht dargestellt), und rechts einen Träger 6 für Ringe sowie eine Stütze 7 für einen Flüssigkeitsumlenkmantel "». Die Stützsäulen 8 sind ausgefüllt zwecks Aufnahme von Einsatzringen 11a, 11ύ, wobei der Einsatzring 11a mit einem Ansatz 12 versehen ist, an dem ein Gehäuse 13 angrenzt und befestigt ist. Jede Stützsäule 8 enthält an ihrem Umfang 8a Befestigungsstücke Bb, 8c/ und 8e, durch die Schrauben 8c gesteckt sind und zwischen denen ein Kugellager 15 mit seinem äußeren Käfigring gehalten ist, dessen innerer Käfigring an einem drehbaren Teil festsitzt, wie weiter unten noch beschrieben ist. Zwischen dem linksliegenden Kugellager, dem Ansatz 12 und dem Gehäuse 13 ist eine Ausnehmung vorgesehen, welche mit einer Druckdichtung 16a, 16Z), 16c versehen ist, die im einzelnen nicht weiter beschrieben ist, da sie nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört.

In dem Gehäuse 13 und konzentrisch zur Achse der Vorrichtung sitzt ein Flanschrohr 18, dessen innerer Durchmesser nur etwas größer ist als der Durchmesser des zu prüfenden Werkstückes. Dieses Flanschrohr 18 bildet ein Führungsrohr und erstreckt sich nach rechts bis in die Höhe der Meßkammer, die weiter unten noch beschrieben ist. An das Gehäuse ist eine Speiseleitung 14 angeschraubt, mit der durch eine öffnung 17 Flüssigkeit auf die äußere Oberfläche des Flanschrohres 18 geleitet werden kann.

Rechts von der zweiten Stützsäule 8 befindet sich ein zylindrisches Hohlteil 20, welches den drehbaren Kopf der Vorrichtung bildet. Dieses zylindrische Hohlteil geht nach links in eine Hohlwelle 19 über, deren Außendurchmesser gleich dem lichten Durchmesser der inneren Käfigringe der Kugellager ist. Die Hohlwelle 19 ist mit einer Antriebsscheibe 21 verkeilt, und

zwischen dieser Antriebsscheibe und den inneren Käfigringen der Kugellager sitzen Abstandsringe 22.

F i g. 2 läßt die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung erkennen. Das zylindrische Hohlieil 20 bildet einen am s entgegengesetzt zur Hohlwelle 1? liegenden Ende offenen Kopf, dessen Innenraum zylindrisch ist und dessen an die Hohlwelle 19 angrenzender Boden mit einem als Anschlag dienenden Vorsprung 23 versehen ist. Das zylindrische Hohlteil 20 ist durch einen mittels Schrauben 25 befestigten Deckel 24 verschlossen, der in der Mitte eine öffnung 27 aufweist, welche in einen am Deckel festsitzenden Ablenkkonus 26 übergeht. An dem Dekkel 24 ist ferner ein Führungsteil 28 befestigt, welches den gleichen inneren und äußeren Durchmesser hat wie das Flanschrohr 18 und welches mittels eines Kragens an dem Deckel 24 befestigt ist. Man erkennt, daß das Führungsteil 28 genau in der Verlängerung des Flanschrohres 18 liegt, daß dieses Flanschrohr jedoch an dem Gehäuse 13 befestigt ist, während das Führungsteii 28 mit dem zylindrischen Hohlteil 20 umläuft. Der Deckel 24 weist an der dem Topf zugewandten Innenseite des Bodens Nuten zur Aufnahme von Ringdichtungen 32a, 32b auf.

Der zylindrische Innenraum des zylindrischen Hohlteiles 20 ermöglicht die Aufnahme von zwei Isolierstükken 29, 30, die aneinandergrenzen und so lang sind, daß das Isolierstück 29 links an dem Vorsprung 23 anliegt, wobei eine Ringdichtung 33a dazwischengelegt ist. Das Isolierstück 29 ist mit einer inneren Ausnehmung versehen, welche mit der gegenüberliegenden Stirnfläche des Isolierstücks 30 eine Kammer 34 begrenzt, die vollkommen ringförmig sein kann oder in einer Anzahl von radialen, durch Zwischenwände getrennten Kammern unterteilt sein kann. In dem Isolierstück 29 sind Wandler 31 angeordnet, die zugleich Ultraschallsender und Ultraschallempfänger bilden und die in die Kammer 34 münden, wobei deren Längsachse 36 parallel zur Achse der Vorrichtung liegt. Gegenüber den Wandlern 31 sind in dem Isolierstück 30 Metallteile eingesetzt, welehe Spiegel 35a bilden, und diese Metallteile sind zylindrisch geformt und die Achse derselben fällt mit der Längsachse 36 zusammen. Wenn die Schrägfläche des Spiegels 35 gemäß F i g. 2 einen Winkel von 45° zur Längsachse hat, ist der von dem Spiegel reflektierte Sirahl offensichtlich rechtwinklig zur Längsachse, und das Echosignal nimmt den gleichen Weg. Die Schrägfläche kann jedoch auch einen anderen Winkel zur Längsachse bilden, etwa wenn die Orientierung des Ultraschallbündels in einer Achse parallel zu der des zylindrischen Hohlteils geändert werden soll. Durch Drehen des Spiegels 35 in seinem Gehäuse kann man andererseits eine Korrektur der Strahlen in einer zur Achse normalen Ebene durchführen. Zu dem Zweck besitzt der Spiegel 35 einen hinteren zylindrischen Körper 37, welcher mit einer Feststellschraube 38 festgeklemmt ist, wobei jedoch mit einer Stellschraube 39 noch eine Regulierung möglich ist

Der Vorteil, die beiden Achsen des Wandlers und des Spiegels in der Verlängerung und parallel zur Hauptachse zu !egen, besteht darin, daß der maximale Durchmesser des zylindrischen Hohlteils 20 geringer gehalten werden kann, so daß das Ganze eine geringere Trägheit hat. Das Isolierstück 30 trägt außerdem eine kalibrierte Öffnung 40 zum Absaugen der Flüssigkeit. Diese öffnung fluchtet mit einer weiteren öffnung 41 in dem Deckel 24, welche in den Ablenkkonus 26 mündet. Letzterer ist konzentrisch zu einer Ausnehmung 42 des Fiüssigkeitsumlenkmantels 10 angeordnet. Dieser saugt die Flüssigkeit über eine Leitung 43 an der Grundfläche gegen den Aufnahmering 1 ab.

Man erkennt, daß die beiden Isolierstücke 29 und 30 leicht austauschbar sind. Wenn beispielsweise die Eigenschaften der Wandler geändert werden sollen, brauch! man lediglich das Isolierstück 29 durch ein anderes zu ersetzen, wobei natürlich Steckverbindungen für die elektrischen Anschlüsse vorgesehen sein müssen.

F i g. 3 zeigt sechs Wandler 31i, 312, 313, 31·*, 31s und 31t>. Die Anschlußleitung 43a eines Wandlers ist an eine Buchse 44 geführt, die einen Stift 46 aufnimmt. Dieser Stift ist über ein Koaxialkabel 47 mit einem der Laufringe 48 eines äußeren Kollektors verbunden. Jeder Laufring ist von dem benachbarten mittels einer elektrischen Abschirmung 49 getrennt. Auf diesen Laufringen schleifen Bürsten 50, die an Bürstenlager 51 angelenkt sind, welche nicht weiter beschrieben sind.

Die Austauschbarkeit der Isolierstücke 29 und 30 ermöglicht auch die vorherige Einstellung der Spiegel. Da die Reproduzierbarkeit der Einstellungen nicht immer befriedigend ist, ist es häufig erforderlich, eine Einstellung an einem Bezugsteil vorzunehmen. Hierbei genügt es, den die Spiegel tragenden Block einzusetzen, der im Laboratorium eingestellt worden ist. Dieser Block weist im übrigen kein schwierig zu handhabendes Bauteil auf und ist sehr preiswert.

Der Umlauf der Flüssigkeit, etwa Wasser, erfolgt zuerst um das Flanschrohr 18. Da dieses sehr lang ist, beispielsweise die vierfache Länge der sich drehenden Führung hat, kann das Entweichen der Flüssigkeit durch die Zwischenräume gegenüber dem Werkstück sehr gering sein. Die Flüssigkeit wird längs des Führunggsteiles 28 und durch die kalibrierte öffnung 40 abgesaugt.

Wegen der Zentrifugalkraft ist die Meßkammer immer frei von Blasen und ist auch bei herausgenommenem Werkstück nicht leer. Die akustische Kupplung erfolgt augenblicklich, sobald das Werkstück in die Meßkammer eingesetzt wird.

Auf diese Weise können die Enden des Werkstückes in gleicher Weise kontrolliert werden wie die anderen Bereiche, was einen weiteren Vorteil bedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von länglichen zylindrischen Werkstücken. mit s einem Führungsrohr zum Aufnehmen und Führen des Werkstücks, mit einem an das Führungsrohr angesetzten drehbaren Kopf, der eine das Führungsrohr durchquerende, flüssigkeitsgefüllte Reflexionskammer sowie eine Anzahl von mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandlern umfaßt dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandler (31) von einem einzigen herausnehmbaren Einsatz (29) getragen werden, daß der drehbare Kopf einen weiteren vom ersten Einsatz (29) unabhängigen Einsatz (30) aufweist, der eine der Anzahl der Ultraschall-Wandler (3t) entsprechende Anzahl akustischer Spiegel (35) trägt, die dem jeweiligen zugeordneten Ultraschall-Wandler auf einer parallel zur Achse des Führungsrohres (28) liegenden Geraden gegenüberliegen, die eine einen vorgegebenen Winkel zu dieser Geraden aufweisende Schrägfläche (35a) besitzen und die mit einer Einstellvorrichtung (37,38,39) um diese Gerade verdrehbar sind.