DE2242466A1

DE2242466A1 - Vorrichtung zur bestimmung der wanddicke von messobjekten wie platten o.dgl. nach dem ultraschallverfahren

Info

Publication number: DE2242466A1
Application number: DE19722242466
Authority: DE
Inventors: Wolf Dipl Ing Bickel; Dietmar Cichos; Ulrich Eichert; Franz-Peter Weber
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2242466B2; FR2198153A1; DE2242466C3; FR2198153B1; GB1445151A; JPS4965855A

Description

28.6.72 IG/Bü Krautkrämer Gmbh., 5 Köln 41, Luxemburgerstraße 44*

Vorrichtung zur Bestimmung der Wanddicke von Meßobjekten wie Platten odgl. nach dem Ultraschallverfanren.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wanddicke von keßobjekten wie Platten oder dergleichen, aus der am Meßobjekt erregten und ihm über Ultraschall-Empfänger-Sender rückgekoppelten Resonanzschwingungen.

Einzelheiten des Verfahrens sind mit der Offenlegungsschrift 20 25 210 bekanntgeworden. In dieser Offenlegungsschrift ist eine Vorrichtung zur Wanddickenmessung mit Ultraschall vorgeschlagen worden, bei der die abklingende Resonanzschwingung des Meßobjektes, über eine Wasservorlaufstrecke verzögert, von einem Schallempfänger empfangen wird. Diese Schwingung wird nach der Verzögerungszeit (durch die Wasservorlaufstrecke gegeben) , die langer als die Abklingzeit der Prüflingsresonanz ist, dem Schallsender wieder zugeführt. Ein impulsgetasteter Schallsender und ein Schallempfänger sind über eine Verzögerungsstrecke aus Wasser mit dem Meßobjekt zu einem verzögert zurückgekoppelten Kreis zusammengeschaltet. Der Rhythmus der Tastung des Rückkoppelkreises zum erneuten Senden und zur Auswertung der Messung wird dabei von einer Echo-Impuls-Einrichtung gewonnen. Diese besteht notwendigerweise aus einem Hilfsschwinger zum Senden und Empfangen eines Ultraschallimpulses, der allerdings in seiner Frequenz von der zu erwartenden Resonanzschwingung wesentlich abweicht, damit, für die eigentliche Messung keine Störung erwartet werden muß. Der Abstand dieses Hilfsschwingers mißt den Abstand des Sende- und Empfangsprüfkopfes vom Meßobjekt oder auch eine etwas größere Entfernung, so daß eine Vergrößerung der Verzögerungszeit in die Messung eingehen kann. Der Hilfsschwinger, der beispielsweise " mit einem Frequenzimpuls von ca. 25 MHz beaufschlagt.wird, dient außerdem bei den bisher bekannten Vorrichtungen zur

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Justierung des gesamten Prüfkopfsystems gegenüber dem keßobjekt.

Die bisher bekannten Vorrichtungen haben folgende Wachteile:

Es ist schwierig, einen Sendeprüfkopf, einen Empfangsprüfkopf und den Hilfsschwinger so miteinander und gegenüber dem Meßobjekt anzuordnen, dab die Stelle auf der Oberfläche des Jiießobjektes, auf die (mit Hilfe des Hilfsschwingers) justiert wird, identisch ist mit der Stelle der Oberfläche, an der die Dickenmessung durchgeführt wird.

Damit die Vorrichtung optimal ausgerichtet werden kann, diente bisher der Hilfsprüfkopf auch als Justierhilfe. Ea ist jedoch schwierig, drei Prüfköpfe gegeneinander und gegenüber dem keßobjekt zu justieren, da drei voneinander abhängige Justiervorgänge notwendig sind.

nicht

Auch bei optimaler Justierung des Hilfsprüfkopfes kann unterschieden werden, ob bei Rohren auf einer iuantellinie gemessen wird oder senkrecht zur Rohrachse. Bei einer Messung senkrecht zur Rohrachse können bei Rohren ungünstiger geometrischer Form (man hat z. B. als ungünstig das Verhältnis Wanddicke zum Rohrdurchmesser mit größer als 0,15 herausgefunden) andere Eigenresonanzen angeregt werden , statt derjenigen, die zur Dickenmessung verwertbar sind. Solche anderen Resonanzen, wie z. B. zickzackförraige Transversalwellen im gesamten Rohrumfang, liefern Falschmessungen. Durch eine Justierung des Meßsystems auf die Mantellinie eines Rohres werden solche Fehlresonanzen gegenüber Wanddickenresonanzen des Prüflings, unterdrückt.

Dann ist zu berücksichtigen, dau der Hilfsschwinger eine Laufzeit, z. B. t₂ zum Meßobjekt und zurück mißt. Diese ist größer als die Laufzeit, z. B. t₁ der Ultraschallwellenpakete vom Sendeprüfkopf zum Meßobjekt und zurück zum Empfangsprüfkopf. Die Zeitdifferenz t₂ - t₁ ist durch die geometrische Anordnung der Prüfköpfe gegeben und für ein- und dieselbe Meßvorrichtung konstant. Diese konstante Zeitdifferenz bestimmt den Zeitpunkt, nacJa welchem die ausschwingen-

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den Prüflingsresonanzen der Auswertung und dem Sender wieder zugeführt werden. Dadurch wird bei einem dünnen Meßobjekt (d. h. bei hoher Resonanzfrequenz) die Auswertung bei einer späteren freien Schwingung des Prüflings erfolgen, als bei einem dickeren Meßobjekt. Das bedeutet, daß bei einem dünnen Meßöbjekt bereits während der Zeitdifferenz t₂ - t^ wegen der höheren Resonanzfrequenz mehrere Schwingungen mehr erfolgt sind, verglichen mit einem dicken Prüfling mit niedrigerer Resonanzfrequenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vom Meßobjekt unabhängige Zeitdifferenz zu verwenden, die den Meßzeitpunkt so festlegt, daß jeweils die erste rein sinusförmige Schwingung des Ausschwingvorgangs als erste Schwingung der Auswertung und dem Sender zugeführt wird. Beispielsweise kann sich bereits nach der sechsten Schwingung des freien Ausschwingvorganges des Meßobjektes eine rein sinusförmige Schwingung einstellen. Später auftretende Schwingungen können eventuell eine für die Auswertung zu kleine Amplitude haben. Es ist ja bekannt, daß der Ausschwingvorgang abhängig von dem Dämpfungseigenschaften des Meßobjektes und des ihn umgebenden Mediums bereits nach sehr kurzer Zeit abgeklungen sein kann.

Ein weiterer wachteil de.r bisher bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß ein Hilfsschwinger benutzt werden muß, der mit einer Frequenz beaufschlagt wird, die wesentlich von der Meßfrequenz abzuweichen hat. Daher muß für diesen Hilfsschwinger ein eigener Sender-Empfangskreis zur Verfügung gestellt werden. Dadurch tritt eine zusätzliche Verteuerung der Vorrichtung ein. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wanddicke von Meßobjekten wie Platten oder dergleichen, aus der am Meßobjekt ,erregten und ihm über Empfänger - Sender rückgekoppelten Resonanzschwingung vorgeschlagen, wobei während der Dauer des Aussendens des Signals zur Anregung der Resonanzschwingung eines Zählvorrichtung gestartet wird. Diese Zählvorrichtung läßt man bis zum Ausgangswert in umgekehrter Richtung ablaufen, nachdem sie

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von dein von der zur prüfenden iwaterialoberflache empfangenen Anregungssignal gestartet wurde. Bei Erreichen dieses Ausgangswertes wird nach einer wählbaren Zeit oder vorzugsweise nach einer Abzählung einer festen oder wählbaren Zahl von Empfangsschwingungen eine Frequenzzähleinrichtung gestartet. In vorteilhafter Weise ist man hierdurch unabhängig von der Dicice des Prüflings.

Die neue Anordnung gestattet mit Hilfe lediglich eines Undefinierten Rauschens eine Justierung mit zwei Meßköpfen, wobei einer als Sender und der andere als Empfänger arbeiten.

Eine Ausfuhrungsform der Erfindung besteht auch darin, daß ein Rauschgenerator mit dem Ultraschallsender verbunden wird und das von diesem ausgesandte Frequenzgemisch von dem Ultraschallempfänger nach Reflexion an der Meßobjektoberfläche empfangen wird, dessen Reflexionsamplituden einem Meßinstrument zugeführt sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung dargestellt, die ein Blockschaltbild mit einem Sendebzw. Empfangsprüfkopf zeigt. Die steile Vorderflanke des ausgestrahlten Sendesignals, z. B. eines rechteckförmigen Rauschimpulses, bleibt während des gesamten Meβvorgänge erhalten. Diese steile Vorderflanke des Impulses wird nach Reflektion an der Materialoberfläche praktisch in ihrer Anstiegszeit nicht verändert. Somit kann sie als unabhängige Größe zur Triggerung und damit zur Synchronisation der Vorrichtung herangezogen werden. Gemäß der Zeichnung wird der Regelkreis durch einen Schalter 1 aufgetrennt und dem Sendeprüfkopf 2 ein Rauschsignal vom Rauschgenerator 3 zugeführt. Das an der iuaterialoberfläche 4 reflektierte Signal wird über den Empfangsprüfkopf 5 einem Anzeigeninstrument 6 zugeführt, dessen maximaler Ausschlag eine optimale Justierung bedeutet.

Das Empfangesignal 7 enthält das an der zu prüfenden Materialoberfläche 4 reflektierte Sendesignal und dann die abklingenden | Schwingungen aus der Eigenresonanz des Prüflings. Über einen

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geregelten Verstärker 8 gelangt das Empfangssignal zur Triggerschaltang 9, wo ein Komparator den Triggerimpuls 10 auslöst.

Die Förderflanke des Triggerimpulses markiert den Beginn des reflektierten Sendesignalpaketes. Ber Anfang des Aasschwingvorganges wird durch einen Zähler, z. B. einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 ermittelt. Dieser hat ab seiner Grundstellung aus dem vorangegangenen Zyklus das Sendetor mit einer konstanten Frequenz ausgezählt und gespeichert. Das heißt, der ZählVorgang wurde mit der Vorderflanke des Sendeimpulses gestartet und wird beendet mit der rückwärtigen Planke, welche die eines Rechteckimpulses sein kann. Der durch die an der katerialoberflache 4 reflektierten Vorderflanke des Sendesignalspaketes ausgelöste Triggerimpuls löst seinerseits den RückwärtszählVorgang im Zähler 3 aus. Dieser Vorgang läuft bis in die Grundeinsteilung des Zählers und wird dort beendet. Dann wird ein impalsförmiges Synchronisationssignal 12 abgegeben.

Die Forderflanke dieses Synchronisationsimpalses 12 kennzeichnet das Ende der Anregung der Resonanzschwingung durch das Sendesignalpaket bzw. den Beginn des Ausschwingvorganges, synchronisiert den Leitgenerator, beendet den Triggerimpuls und startet den Torzähler 13. Dieser gibt nun das Meß- und Sendetor 14 a bzw. 14 b frei. Das Meßtor öffnet die Auswerteinheit 15, während über das Sendetor dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 ein Torimpuls zugeführt wird. Die Sendeimpulse werden über den Sendeverstärker 16 dem Sendeprüfkopf 2 zugeführt, nunmehr gemäß Offenlegungsschrift 20 25 210.

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Claims

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Patentansprüche:

1.) Schaltvorrichtung zur Bestimmung der Vanddicke von MeO-Objekten wie Platten odgl. aus der am Meßobjekt erregten und ihm über Ultraschall-Empfänger-Sender rückgekoppelten Resonanzschwingung, wobei die abklingende Resonanzschwingung des Meßobjektes zeitlich verzögert und dem Schallsender wieder zugeführt wird, mit einer Zählvorrichtung für Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Dauer des Aussendens des Signals zur Anregung der Resonanzschwingung die Zählvorrichtung (11) gestartet wird, die derart ausgebildet ist, daß der Zählvorgang umgekehrt abläuft, sobald dieses von der zu prüfenden Materialoberfläche empfangene Anregungssignal in einen Steuerkreis eingespeist ist oder im Eingang der Zählvorrichtung erscheint und daß bei Erreichen eines zugehörigen Ausgangswertes im Zähler (11) von diesem eine nachgeschaltete Frequenzzähleinrichtung (13) nach einer wählbaren Zeit oder vorzugsweise nach einer Abzählung einer festen oder wählbaren Empfangsschwingungszahl, gestartet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (3) mit dem Ultraschallsender (2) verbunden ist und das von diesem ausgesandte Frequenzgemisch oder eine vorbestimmte Frequenz von dem Ultraschallempfänger (5) nach Reflexion an der Meßobjektoberfläche (k) empfangen wird, dessen Reflexionsamplituden einem Meßinstrument (6) zugeführt sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steusrkreis eine einzeln für sich bekannte Triggerschaltung (9) ist.

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