DE2217528A1 - Pruefkopfsystem mit einer schaltung zur zerstoerungsfreien pruefung von groesseren prueflingen - Google Patents
Pruefkopfsystem mit einer schaltung zur zerstoerungsfreien pruefung von groesseren prueflingenInfo
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Description
Patentanwalt J^* ζβ. &*&w, Dipl.-Phys.
5 Köln . Friesenstraße 84 ■ Telefon 21 41 95 2217528
(am Hohenzollernring)
6.3.1972 IG/st
Dr. J. u. H. Krautkrämer, Gesellschaft für Elektrophysik
5 Köln 41, Postfach. 42 02 50, Luxemburger Strasse 449
Prüfkopfsystem mit einer Schaltung zur zerstörungsfreien
Prüfung von größeren Prüflingen.
Die Erfindung "betrifft ein Prüfkopfsystem mit einer Schaltung zur
zerstörungsfreien Prüfung von größeren Prüflingen oder Prüfflächen nach dem Ultraschallimpulsverfahren, unter Verwendung
einer Mehrzahl von Prüfköpfen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten
erregbar sind.
Eine solche Anordnung bezweckt, ein mit Ultraschall zu prüfendes Material möglichst hundertprozentig und rasch abzutasten. Eine
vollständige Prüfung erfordert andererseits.ein dichtes Aneinanderlegen
von Prüfzonen.Bedingt durch die Schallfeldausbildung
müssen aber die Prüfzonen im Prüfling schmal sein,was einer hohen
Prüfgeschwindigkeit entgegensteht.
Es ist bekannt, zum automatischen Prüfen mit Ultraschall Prüfköpfe
oder Prüfkopfsysteme zu benutzen, die in problemspezifischer
Weise mit dem erzeugten Schallfeld das Prüfobjekt abtasten.Die Größe der dabei erfaßten Prüfzone ist abhängig von der Ausbildung
des abgestrahlten Schallbündels in der Prüfebene.
Zur Steigerung der Prüfleistung (der Durchsatzgeschwindigkeit)' wurden ferner folgende bekannte Maßnahmen vorgeschlagen:
Erhöhung der Impulsfolgefrequenz und der relativen Prüfgeschwindigkeit.
Auf diese Weise kann man bei erhöhter Prüfleistung die Anzahl der Impulse pro Fläche konstant halten,d.h. die Prüfbedingungen als
auch die Prüfergebnisse bleiben insoweit gleich gut. Ferner kann eine Veränderung der Prüfkopfgröße im Einzelkopfbetrieb
vorgesehen werden.
Bei gleichbleibender Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und
Bei gleichbleibender Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und
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Prüfling wird hier der Prüfdurchsatz gesteigert, indem man die
\
Prüfzone breiter macht. . !
Auch ist die Verwendung von Prüfkopfsystemen bekannt. Oft werden
Prüfkopfsysteme benutzt, in denen mehrere Schwinger nebeneinander j
angeordnet sind. Setzt man die Schwinger eines solchen Systems j einzeln nacheinander in Betrieb, so hat man zwischen ihnen große \
Prüflücken in Kauf zu nehmen; eine hundertprozentige Prüfung ist
also so nicht durchführbar.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß man bei einem Parallelbetrieb
eines solchen Systems die gleichen Verhältnisse wie bei einem großen Schwinger hat, also auch die Nachteile, die
diesem anhaften. Die Verbreiterung der Prüfzonen, wie vorstehend bezeichnet, bedeutet eine Änderung des abgestrahlten Schallfeldes·
Es müssen nämlich zwei Eereiche des Schallfeldes unterschieden werden: Das F^rnfeld und das ITahfeld.
Im Fernfeld ist eine Verbreiterung des Schallbundels mit einer
Verkleinerung des almstischen Wandlers (Schwingers) oder eine Verringerung
der Prüffrequenz verbunden. Eeides ist unerwünscht, weil
mit kleinerem Schv.'ingerdurchmesser die nutzbare Energie sinkt und
weil mit kleinerer Frequenz die Fehlerauflösung abnimmt,
Im Nahfeld ist eine Verbreiterung des Schallbündels an eine Vergrößerung
des Schwingers geknüpft. Ein schwerwiegender Nachteil
ist jedoch die ungleichmäßige Schalldruckverteilung innerhalb der Prüfzone, so daß bei der automatischen Prüfimg Fehler übersehen
v/erden können. Die Nachweieempfindlichkeit für kleine Heflektoren
nimmt zudem mit wachsenden Schwinger durchmesser ab. Außerdem wird
die Positionsbestimmung des Reflektors mit wachsendem Schwingerdurchrnesser
immer ungenauer.
Die obige Erhöhung der Iirpulsfolgefrequenz und der relativen Prüfgeechwindigkeit
hat den Ilachteil, daß die Impuls folge frequenz nach oben begrenzt ist. Damit führt dieser Weg an eine Grenze,
Auch ist es in vielen Fällen nicht möglich, die Relativgeschwindig-»
keit zwischen Prüfkopf und Prüfling auf die gewünschte Höhe zu
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bringen, weil es Schwierigkeiten mit dem Antrieb oder der akustischen übertragung (Ankopplung) gibt. :
Der Erfindimg liegt die Aufgabe zugrunde, diese zu vermeiden und
eine wesentliche Erhöhung' der Prüfleistung ohne den Zwang zum Erhöhen
der Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Prüfling
zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung; dadurch gelöst, daß mehrere Schwinger zu einem Gesamtsystem zeilen- und/oder
spaltenweise angeordnet und jeweils nur Gruppen, von mindestens
zwei Schwingern dieses Systems gleichzeitig angeregt v/erden, wo-· bei
eine Umschaltung der Schwingergruppen taktweise nacheinander so erfolgt, daß während einer bestimmten Anzahl von Umschalttakten,
z. B. drei Umschalttakte »,einige Schwinger des Prüfkopf syst ems
einmal zum Senden und/oder zum Empfangen von Ultraschallimpulsen,
andere Schwinger aber nehrr.als eingeschaltet werden. Hierdurch
wird auch erreicht, daß eine möglichst konstante; Schalläruckverteilung
über eine möglichst breite Prüfzone gegeben ist, uno die
Schwingergröße so. klein gehalten werden kann, daß Nachtelle der
Schwinger größe auf die llachweisempfindlichkeit und die Fehlerortung nicht entstehen.
Ein Ausführungsbeispiel kann Rechteckschwinger in einer Seile vorsehen, wobei die Abstände der einzelnen Schwinger voneinander
möglichst gering gehalten sind.
Im Einzelfall ist es vorteilhaft, bei einer Anzahl von η + 1 ■
Schwingern (n = T, 2, 3» ····) je· drei Schwinger als eine Gruppe
parallel so zu betreiben, daß nach η !Takten das gesamte System
in Betrieb rar..
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. T eine zellenförmige Prüfschvringeranordnung
Fig. Z die Schalldruckverteilung in einem bestimmten Abstand,
. : wenn alle Schwinger einzeln nacheinander angeregt
werden
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Fig. 3 die Schalldruckverteilung bei Anregung einer einzelnen
Gruppe von Schwingern
Fig. l\. die Schalldruckverteilung von drei Gruppen
FiG. 5 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Arbeits- ,
weise.
Kehrere Schwinger, vorzugsweise Rechtecke, sind zu einen System,
vorzugsweise zu einem linearen System gerwß FiC 1, zusammen gefügt.
Kleinere Gruppen dieses Systems rerden nun in schneller Folge nacheinander in Eetrieb gesetzt, z. B. wird jeweils eine
Gruppe zu je drei Schwingern angeregt. Durch geeignete Wahl der nacheinander betriebenen Gruppen (gleitende Prüfzonenschaltung)
wird eine gleichmäßige Uberdeckung einer" breiten Prüfzone erreicht,
die durch die Länge des gesamten Systems gegeben ist. Eine gleitende
Prüf zonenschal tuns kann z. B. in folgender V/eise durchge-'
führt werden:
Mit jedem Sendeimpuls des Ultraschallgerätes wird nach einem Ausführungsbeispiel eine Gruppe von drei nebeneinanderliegenden -■
Schwingern (Quarz oder Bariumtitanat) parallel betrieben. Die
Gruppe der jeweils von darauf folgenden Sendeinpuls betriebenen
Schwingern gleitet schaltungsmaßig nun immer un zwei Elemente .
weiter, z. B. ist die Eetriebsfolge 1-2-3; J-i;--5; 5-6-7. Durch
dieses Gleiten wird bei ausreichender Impulsfolgefrequenz eine nahtlose Überlappung der Prüfzonen über die ganze Länge des Prlifkopfsystems
als Prüfzone erreicht, so daß die ganze Länge des
Prüfkopfsystems als Prüfzone betrachtet werden kann, obwohl zur gleichen Zeit immer nur die kleinere Gruppe von drei Schwingern
in Betrieb ist. Das erfindungsger"ä?.e Prüfsyetem ist verfahrensmäßig in der Lage, sehr gro.Ce Prüfzonen nahezu gleichzeitig ohne
Lücke zu prüfen und wahrt dabei aber auch die Vorteile kleinerer Prüfzonen, nämlich die größere ITachweisenpfindlichkeit für kleine
Reflektoren (Fehlstellen), z. B. zur Fehlergrüßenbestimnung, sowie
die genauere Fehlerortung.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 die zeilenweise Anordnung 11 von sieben
dicht nebeneinander gepackten Prüf schwingern. Die Schwinger 1,2,
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3 sind zu der Gruppe 8, dann die Schwinger 3» *f, 5 zur Gruppe 9
und schließlich die Schwinger 5, 6 und 7 zur Gruppe 10 zusammenge-:
faßt.
In Fig. 2 sind wieder sieben Schwinger' eingezeichnet. In dem Diagramm,
das aus den Achsen 21 und 20 gebildet wird, ist die Schalldruckverteilung
eingezeichnet. Auf der horizontalen Achse 21 ist die Lage der Schwinger eingetragen und auf der vertikalen Achse
20 die Druckverteilung. Zu Schwinger T gehört die Schalldruckverteilung 22, zu Schwinger 2 die Verteilung 23 usw. Die Schwinger
werden hier in an sich bekannter Weise einzeln angeregt.
In Fig. 3 ist wieder auf der Achse 21 die Lage der Schwinger eingezeichnet.
In dem gezeigten Beispiel der Fig. 3 ist nun über der
Gruppe 9» die gebildet wird aus den Schwingern 3» '-I und 5, die
Schalldruckverteilung·31 aufgezeichnet. Man erkennt, daß zum 3ande
dieser Schwingergruppe die Schalldruckverteilung steil abfällt,
während sie in Richtung der Abszisse 21 gesehen ziemlich konstant bleibt.
Die Fig. L zeigt nun die Schalldruckverteilung, renn die Gruppen
8, 9 und 10 angeregt werden. Zur Gruppe 8, die aus den Schwingern 1, 2 und 3 besteht, gehört die Schalldruckverteilung 30. Zur
Gruppe 9, die aus den Schwingern 3, L und. 5 besteht, gehört die
Verteilung 311 in Fig. £{. durch eine punktierte Linie dargestellt.
Man sieht, daß sich die Verteilungen von 30 unc1- 31 überschneiden.
Ein Reflektor vor Schwinger 3 wird also sowohl bei Anregung der Gruppe 8 als auch bei Anregung der Gruppe 9 erscheinen. Damit
weiß man, daß der Reflektor vor dem Schwinger Nr. 3 liegt. Aufgrund
dessen kann man durch ein angeschlossenes Auswertegerät in an sich bekannter Weise die positionsgerechte Lage und die Anzeigenamplitude
eines Fehlers festhalten und anzeigen. Ferner überschneiden sich die Schalldruckverteilungskurven 31 und 32. 32 ist
als gestrichelte Linie daxgestellt. Die Kurve 32 erhält man durch
Anregung der Gruppe 10, welche aus den Schwingern 5» 6 und 7 -'besteht*
Auch hier erkennt man, daß eine Zuordnung der Reflektflage
leicht möglich ist.
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In Fig. 5 ist nun das Blockschaltbild gezeichnet, das die Ansteuerung
der sieben Prüfschwinger gemäß dieses Ausfuhrungsbeispieles verdeutlichen soll.
Eine an sich bekannte Prüfprogramm-Schaltereinheit 5^ ißt als ein
Block dargestellt. Von einem Ultraschallgerät 55 gelangt über die
Steuerleitung % ein Steuerimpuls zur Prüfprogramm-Schaltereinheit
54-· In dieser Prüfprogramm-Schaltereinheit ^h ist c*er Ablauf des
Schaltprogrammes einprogrammiert. F,s werden also zuerst durch die
Schaltereinheit die Sender !\0, l+\ und L2. gleichzeitig in Betrieb
gesetzt. Diese Sander ^C, ij.1 und l\2 regen die Schwinger 1, 2 und
3 zum Aussenden eines Schallimpulses an. Befindet sich in Richtung ■ der abgestrahlten Schallwelle ein Reflektor, kommt mehr oder v;eniger
viel Reflexionsenergie zu diesen Prüfschwingern 1, 2 und 3
zurück. Die empfangene Schallenergie wird in elektrische Impulse umgewandelt und in den Vorverstärkern /j-7» k$ und ^9 verstärkt. Die
Prüfprogramm-Schaltereinheit 5'i- ist so geschaltet, daß die von itf t
if8 und If9 empfangene Schallenergie die Schaltereinheit über die
Empfangsleitung ^>7 passieren kann, so daß die empfangenen Schallimpulse
zum Ultraschallgerät 55 gelangen. Dort können sie auf
einem Eildschirm 58 dargestellt werden oder durch an und für sich
bekannte Ausv/erteeinrichtungen mit Zuordnung der Lage im Früfling
v/eiterverarbeitet werden. Nach diesem Ablauf werden durch die Prüfprogramm-Schaltereinheit
54 die Sender />2, Ltf und ψ\ angeregt und
damit die Prüfschwinger 3» k und 5· Diese senden nun einen Schallirapuls
aus, der wie vorstehend verarbeitet wird, ftin von einen Re- ,
flektor empfangener Schallanteil wird über die Vorverstärker ^9,
50 und 51 zum Ultraschallgerät 55 gelangen und veiterverarbeitet
zur Auswertung.
Im nächsten Zyklus werden'die Sander Vi» W? und /|6 angeregt. Damit
ist die letzte Gruppe, die aus den Schwingern 5» 6 und 7 besteht,
in den Prüfzyklus einbezogen. Nach Verarbeitung der Signale, die evtl. von den Schv/ingern 5» 6 und 7 empfangen wurden, beginnt erneut
die Anregung der Sender I)O, 1*1 und /+2, Damit beginnt der Prüfzyklus
erneut.
Fig. 5 zeigt also schematisch ein Ausführungsbeispiel zum Takten
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' einer sogenannten gleitenden Prüfzonenschaltung. Die vor der Prüfgruppe,
vrelche gebildet wird aus den Schwingern,. 1, 2; und 5t-ILeQeTiA
de Prüfzone wandert im nächsten Prüftakt vor die Schwingergruppe,
die gebildet wird aus den Schwingern 5, l\- und 5, und schließlich
vor die Gruppe, die gebildet vrird aus den Schwingern 5» β und. 7· :
Die Erfindung ist nicht auf die hier im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So kann man mehrere zeilenweise Anordnungen
von Schwingern untereinander bringen und je nach Prüfaufgabe
Gruppen in Zeilen- und Spaltenrichtung in vorstehender
Weise anregen, um größere Früfzonengebiete rasch abzutasten. Auch
ist es möglich, die Aufgabe zu lösen, eine solche "Schwingermatriy11
zeilenweise und/oder -spaltenweise und/oder diagonal in Gruppen nach
der vorstehenden Art anzuregen. Ferner kann man für spezielle Aufgaben
Sende- und Empfangsgruppen trennen, beispielsweise so, daß
eine Zeile die Sende^ruppen enthält und die darunterliegende die
Empfängergruppen.
984W0Q58
BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
Claims (3)
1. Prüfkopfsystem mit einer Schaltung zur ^zerstörungsfreien Prüfung
von größeren Prüflingen oder Prüfflächen nach dem Ultraschallimpulsverfahren,
unter Verwendung einer Mehrzahl von PrüfH köpfen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erregbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß ? ere Schwinger (1-7) zu einem Gesamtsystem
zeilen- und/oder spaltenweise angeordnet und jeweils nur Gruppen (8, 9» 10) von mindestens zwei Schwingern dieses
Systems gleichzeitig angeregt werden, wobei eine Umschaltung der Schwingergruppen 0-2-3; 3-4-5» 5-6-7) taktwease nacheinander
so erfolgt, daß während einer bestimmten Anzahl von Umschalttakten, z. E. drei Unsehalttakte, einige Schwinger (1, 2;
hi 6, 7) des Prüfkopfsystems einmal ^um Senden und/odor zum
Empfangen von Ultraschallinpulsen, andere Schwinger (3, 5) aber.
mehrmals eingeschaltet werden.
2. Prüfkopfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
durch ein angeschlossenes Auswertegerät in an sich bekannter V/pise die positionsgerechte Lage und die Anze'.genar-ipl.i tucO
eines Fehlers festgehalten und/oder angezeigt ist.
3. Prüfkopfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart
angeordnete Schwinger (3» 5) einzelner Schwingergruppen (8, 9) auch während zwei unterschiedlichen, aber einander unmittelbar
folgenden Umschalttakten e^i-egt werden.
309844/0058
BAD
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- 1972-04-12 DE DE2217528A patent/DE2217528A1/de active Pending
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1973
- 1973-04-11 US US00350167A patent/US3820387A/en not_active Expired - Lifetime
- 1973-04-12 FR FR7313213A patent/FR2180377A5/fr not_active Expired
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2508478A1 (de) * | 1974-03-01 | 1975-09-04 | Philips Nv | Verfahren und anordnung zur ultraschalluntersuchung |
| DE19813414B4 (de) * | 1998-03-26 | 2005-11-03 | Ge Inspection Technologies Systems Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Ultraschall-Prüfvorrichtung |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2180377A5 (de) | 1973-11-23 |
| US3820387A (en) | 1974-06-28 |
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