DE2321699C3

DE2321699C3 - Verfahren zum Einstellen der Blendenanlagen bei der automatischen zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE2321699C3
Application number: DE19732321699
Authority: DE
Inventors: Reinhard G. 5159 Tuernich Brandt
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Priority date: 1973-04-28
Filing date: 1973-04-28
Publication date: 1982-03-04
Also published as: FR2227530A1; FR2227530B1; GB1472472A; JPS5032987A; DE2321699B2; DE2321699A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Blendenlagen bei der automatischen zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Hilfe der Ultraschall-Impuls Echo-Methode mit mehreren, relati¹' zu einem über ein Koppelmedium angekoppelten Prüfling nebeneinander angeordneten Prüfköpfen, bei dem für jeden Prüfkopf das Ende eines der Vorlaufstrecke entsprechenden Ultraschalll.aufzeitintervalls ausgenützt wird, um den Anfangspunkt der jeweiligen Blendenlage festzulegen.

Bei der automatischen Ultraschallprüfung von Werk' stoffen auf Fehlet" zwischen Prüflingsoberfläche und Prüfltrigsrückwand werden Prüfköpfe auf die Prüflings* oberfläche aufgesetzt. Ausgehend Von diesen Priifköp' fen laufen Schallifripulse senkrecht zur Oberfläche in das Materia! hinein. Befinden sich im Materialinneren Inhomogenitäten, so werden die Schallimpulse reflektiert. Diese Schallimpulse gelangen zum Prüfkopf zurück, werden dort empfangen, in elektrische Impulse umgewandelt und weiter für eine Fehlerauswertung verarbeitet.

Es ist bekannt, die Reflexionsamplituden auf einem Bildschirm laufzeitmäßig darzustellen. Geht also von einem Prüfkopf ein Schallimpuls aus, so wird ein Teil an der Prüflingsoberfläche reflektiert. Auf dem B'Jdschirm

ίο des Sichtgerätes erscheint nach dem Sendeimpuls dieser Reflexionsimpuls in einem gewissen Abstand. Der Rest des Ultraschalümpulses läuft in einen Prüfling hinein. Befindet sich im Inneren des Prüflings keine Inhomogenität, läuft der Schallinipuls bis zur Prüflingsrückwand

Ij und wird von dort reflektiert Da die Laufzeit bis zur Rückwand und zum Prüfkopf zurück größer ist als die Laufzeit nur bis zur Prüflingsoberfläche, erscheint die Rückwandreflexionsamplitude auf dem Sichtteil in einer größeren Entfernung als der Sendeimpuls. Befindet sich im Inneren des Prüflings eine Inhomogenität, so würde diese zwischen diesen beiden Anzeigen auf dem Sichtteil dargestellt. Bei der automatischen Ultraschallprüfung überwacht man nur den Bereich zwischen diesen beiden Oberflächen-Reflexionsanzeigen. Nur wenn in diesem Bereich ein Signal erscheint, handelt es sich um eine Inhomogenität im Prüfling. Die Art der Bereichsausblendun? ist an sich bekannt Da der Schall aber von einem Pnifkopf auf den Prüfling über ein Koppelmedium übertragen werden muß, könnte Fehlerfreiheit des Prüflings dann vorgetäuscht werden, wenn keine ausreichende Ankopplung des Ultraschallprüfkopfes an den Prüfling gegeben ist. Es muß also zusätzlich das Rückwandecho mit überwacht werden. Nur daraus, daß das Rückwanaecho oder ein Fehlersignal immer vorhanden sind, kann geschlossen werden, daß die Prüfung ordnungsgemäß durchgeführt wurde.

Werden insbesondere bei der Blechprüfung mehrere Prüfköpfe nebeneinander verwendet, auf die elektronisch umgeschaltet wird, so können diese zur Prüflings-

•)0 oberfläche unterschiedliche Abstände haben. Damit würde aber der auszuwertende Bereich auf dem Bildschirm unterschiedlichen Abstand vom Sendeimpuls haben. Es müßie also für jeden Prüfkopf individuell ein Auswertebereich vorgesehen sein. Einem jeden Prüfkopf müßte also eine Blendenlage zugeordnet werden. Das ist zwar mit Blendenmonitoren bekannt, aber außerordentlich aufwendig. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das erste Echo von der Prüflingsoberfläehe als Start für den Beginn einer Blende zu benutzen.

Nun besteht aber ein Ultraschallimpuls aus mehreren Schwingungszügen, die unterschiedliche Amplituden haben, d. h.. del Schwingvorgnng wird erst mit niedriger Amplitude beginnen, dann werden die Amplituden immer größer und klingen wieder ab. Eine sogenannte Echostarteinrichtnng kann aber nur dann funktionieren, wenn eine Mindestaniplitude gegeben ist. Wird aber durch unterschiedliche Ankopplung die von der Oberfläche des Prüflings zurückkehrende Amplituden höhe schwanken, so wird also die Starteinrichtung nicht immer bei gleichem Schwingungszug. wie /. B. immer beim dritten beginnen, sondern evtl, ein bis zwei Schwingungszüge später, Damit kann die Ausv/erte* blende sich um einige Ullraschallwellenlängen vefschie* beri, und die obefflächennähen Zonen im Prüfling selbst werden ungeprüft bleiben, da nämlich der Blehdenanfang zu spät gesetzt Wäre.

Die Blende kann auch durch sogenannte Störimpulse, die z. B. von elektrischen Maschinen herrühren. Besetzt

werden. Damit würde also der Prüfbereich an eine völlig unzulässige Stelle gesetzt werden, in die dann z, B. das Schalleintrittsecho in den Prüfling bzw. das Rückecho erscheinen könnten. Auf diese Weise wurden bei der automatischen Prüfung Fehler vorgetäuscht, die eine falsche Beurteilung des Prüflings bewirken würden.

Bekannt ist auch, die Vorlaufstrecken, d. h. die Abstände des Prüfschwingers vom Prüfling, nachzubilden. Man kann auf die Bodenfläche eines Festkörperzylinders einen bendeschwinger und auf die gegenüberliegende Fläche einen Empfangsschwinger setzen. Entspricht nun die Laufzeit des Schallimpulses vom Sender zum Empfänger der individuellen Prüfkopf-Vorlaufstrecke, so kann man jedem Prüfkopf eine solche Nachbildung zuordnen, die dann die Auswerteblende startet. Hierbei ist es aber nicht möglich, Veränderungen in der Vorlaufstrecke während des Prüfvorganges leicht zu korrigieren. Eine Veränderung der Vorlaufstrecke hätte nämlich zur Folge, daß man auch die Nachbildung verändern muß.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der bekannten Art dahingehend auszubilden, daß die Blendenlagen unabhängig von unterschiedlicher Ankopplung und von Störimpulsen exakt eingestellt und bei Veränderung der Vorlaufstrecken leicht korrigiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruches gelöst.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß die abgespeicherten und wieder ausgegebenen Werte für die Vorlaufstrekken digitalisiert werden.

Zur Überwachung darauf, ob die Prüfung erfolgt ist, wird nach einer Abwandlung der Erfindung vorgeschlagen, daß ein Signal in einer Fehlerüberwachungsblende die Informationsausgabe »Ankopplung in Ordnung« steuert.

Andererseits kann das Fehlen einer Rückwandechoamplitude in einer entsprechenden Blende dazu benutzt werden, das Signal »Ankopplung nicht in Ordnung« auszulösen

Eine andere, vorteilhafte Anordnung sieht vor, daß die Fehlerüberwachungsblende und die Blende zur Beobachtung des Rückwandechos nicht dicht aneinander angeordnet sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im 1.ichfolgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g 1 über einem Vergleichskörper eine Anzahl von Prüfköpfen zur Einjustierung.

F i t'. 2 eine Bildschiricdarstellung, in der die Laufzeiten der Ultrascliallimpulse eingetragen sind.

F i g. 3 'benfalls eine Dildschirmdarstellung, in welcher die mögliche Überschneidung eines Fehlerechos mit einem Rückwandecho erkennbar gemacht werden soll.

Fig. 4 eine Blockdarstellung der gesamten Prüfanordnung.

Im ein/einen geht aus Fig. I hervor, daß die Vorlaufstrecke eines Prüfkopfes Sn ermittelt werden kann aus der I.auf/eit zwischen einem Schallimpuls, der z. B. vom Prüfköpf 20/7 ausgeht, zur Rückwand eines Justierkörpers 22 läuft, dort reflektiert wird und wieder zum Prüfkopf 20/j zurückkehrt. Dieser Schallweg beträft 52. Zieht man von diesem Schällweg die Dicke eines Juslierkörpers 51 ab, so erhält man die Vorlaufstrecke. Diese Vorlaufstrecke wird abgespeichert und zum Setzen der Prüfblende dann wieder abgerufen, wenn der zugehörige Prüfkopf zur Prüfung eingeschaltet wurde.

In Fig.2 ist noch einmal eine Schirmbilddarstellung gezeigt. Der Schallimpuls wird an der Stelle 23 ausgesendet. Er durchläuft die Vorlaufstrecke Sn, den Justierkörper 22 mit seiner Strecke 51, kehrt an der Rückwand um, durchläuft die Strecke 51 und dann Sn und erscheint als Echoanzeige 24 auf dem Bildschirm. Die Summe aus zweimal Vorlaufstrecke und zweimal Wanddicke des Justierkörpers beträgt dann 2 52. In F i g. 3 ist gezeigt, daß die Auswerteblende auf der Zeitachse 26 im Bereich 2D liegen müßte. Denn nach der Vorlaufstrecke 25/7 soll der Prüfkörper auf Inhomogenitäten untersucht werden. Damit aber das Rückwandecho 24 in diese Prüfblende nicht hineinfällt, hört sie schon kurz vor Erscheinen des Rückwandechos auf. Damit würde zwar eine Reflexionsamplitude von einer Inhomogenität dicht an der Prüflingsrückwand an der Stelle 25 erscheinen mit dem Hauptanteil in der Prüfblende. Zur Überwachung auf den Zustand, ob Ankopplung vorhanden ist oder nicht, wird die Blende 54 gesetzt. Eine RückwandechoL.-.iolitude wird also in jedem Fall in dieser Blende erscheinen.

Anhand der B'ockdarstellung der Fig.4 sind die Einzelschritte des gesamten Verfahrens die nachfolgenden: Von einem Steuerteil 1, das gleichzeitig auch das Sichtgerät enthält, wird der Sender-Startimpuls entsprechend einer Impulsfolgefrequenz auf Block 2 ausgekoppelt. Damit wird ein Ringzähler mi' η Stellen für η Taktzyklen in Block 3 angesteuert. Ein angeschlossener Dekoder für die Adiessierung der Prüfköpfe 20, 20a bis 2On selektiert aus η Adressen den durch den Sender-Startimpuls aus Block 2 anzusteuernden Empfänger und Sender in Block 5. Bei den Prüfköpfen 20 bis 20/7 in F i g. 4 handelt es sich um solche mit getrenntem Sender- und Empfangsschwinger. Die Sendeschwinger sind mit dem Sender und die Empfangsschwinger mit dem Empfänger in Block 5 verbunden. Das Empfangssignal der Prüfköpfe wird in einer Stufe 7 verstärkt und dem Sichtgerät in Block 1 zugeführt.

Das aus dem Sichtgerät zu kontrollierende Ultraschallsignal wird in einer Stufe 8 ausgekoppelt und mit dem Sei.der-Startimpuls 2. einer Inkrementfrequenz erzeugenden Stufe 9. die entsprechend der gewünschten Genauigkeit gewählt wird, zusammen mit dem Befehl eines Schalters 10 zur automatischen Distanzausgabe von π Vorlaufstrecken in einer Stufe 11 für die Distan/ermittlung der jeweiligen Prüfkopf-Vorlaufstrecke zugeführt. Diese Distanz entspricht dem vorher beschriebenen Subtraktionswert aus Gesamtlaufzeit bis zur Prüflingsrückivand bzw. bis zur Rückwand des Justierkörpers und der Dicke des Justierkörpers.

Steht der Schalter lü auf »Automatische Distanzausgabe von η Vorlaufstrecken«, so wird aus dem wahlfreien Speicher 12 die jeweilige Vorhufstrecke der zugehörigen Adresse (gemäß Dekoder 4) angesteuert, abgerufen und in einer Abfrageschaltung 13 für individuelle Vorlau ^strecken mit der Genauigkeit der Inkrementfrequeiz 9 ermittelt. Nach Ablauf des Laufzeitintervalls der jeweiligen individuellen Vorlauf-Strecke wird eine Abfrageschaltung für die Prüflingsdikke in Block 14 angesteuert, deren We"t als doppelte Wanddicke über eine zentrale Vorgabe aus Block 15 eingestellt worden ist. Mit Ablauf dieses der Prüflingsdicke entsprechencic'n Intervalls wird in einer Auswerteschaltung durch den Speicher 16 ermittelt, ob ein Fehler innerhalb des Prüflingsdickenbereichs festgestellt worden ist.

Mit einer Abfrageschaltung für den Sicherheitsabsland Block 17. eingestellt ebenfalls von einem zentralen Vorgabeblock 18, wird wiederum mit der Genauigkeit der Inkrementfrequenz aus Block 9 das Einhalten des vorgegebenen Sicherheitsabstandes kontrolliert. Der Grund für die Notwendigkeit eines solchen Sicherheitsabstandes wurde unter 53 mit Fig.3 näher erläutert. Mit Ablauf des dem Sicherheitsabstand S3 entsprechenden Laufzeitintervalls wird eine Abfrageschaltung für die Rückwandechokontrolle in Block 19 angesteuert, wobei der Absolutwert durch eine Vorgabe, Block 30, ebenfalls von einer zentralen Stelle aus eingestellt werden kann. Die Einhaltung wird mit der Genauigkeit der Inkrementfrequenz kontrolliert, und in einer RückwandechoauswerteschaltungSl mit angeschlossenem Speicher wird festgehalten, ob das Läüfzeitihlef vall ein Rückwandecho registriert hat. Diese Information wird an eine Ausgangsstufe 34 weitergegeben, die

ausgibt, sofern ein Echo in der Auswerteschallung 31 oder der AusWerieschaltung 16 aufgetreten ist. Wurde in keiner der beiden Schaltungen ein Echo registriert, wird die Information »Ankopplung nicht vorhanden« in Block 34 ausgegeben.
Von der RückWändecho-AiiswerleschältUng 31 wird die Information einer Ausgabestufe 33 zugeführt, die signalisiert, ob ein Rückwandecho vorhanden gewesen ist oder nicht.

Sinngemäß wird in einer Ausgangsstufe 32 von der AnsieucPselialtung für »Fehler innerhalb der Pfüflingsdicke« aus Block 16 ein Signal gegeben, je nachdem, ob dort Fehler erkannt wurden oder nicht.

Die automatische Distanzermittlung erfolgt durch

einen Befehl über den Schalter 10, der dann auf ίο »automatische Distanzermittlung und Einspeichern von η Voflaüfslfecken« in Stellung 106 geschaltet wird.

Hierbei läuft def Vorgang, wie bei der Beschreibung der Ermittlung der Vorlaufstrecken angegeben wurde, ab, indem durch Subtraktion des Wertes 52 — S1 der Wert Sn ermittelt und in den Speicher mit wahlfreiem Zugriff 12 über die Stufe 11, zur Distanzermiltlung der jeweiligen Prüfkopf-Vorlaufstrecken, eingelesen wird.

Nach Beendigung des Einspeichervorgang.es wird der

ausgabe von η Vorlaufsirecken« in Position I0a eingestellt.

Dieses Blockschaltbild dient als Beispiel zur Erläuterung des Verfahrens. Abwandlungen der Ausführung des Verfahrens gemäß Erfindung sind möglich und Gegenstand dieser Erfindung, je nach Einzelfall.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen der Blendenlagen bei der automatischen zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Hilfe der Ultraschall-Impuls-Echo-Methode mit mehreren, relativ zu einem über ein Koppelmedium angekoppelten Prüfling nebeneinander angeordneten Prüfköpfen, bei dem für jeden Prüfkopf das Ende eines der Vorlaufstrecke entsprechenden Ultraschall-Laufzeitintervalls ausgenützt wird, um den Anfangspunkt der jeweiligen Blendenlage festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Prüfung des Prüflings für jeden Prüfkopf die Länge der den Anfangspunkt der Blendenlage festlegenden Vorlaufstrecke als Differenz des Schallweges vom jeweiligen Prüfkopfschwinger zur Rückwand eines Vergleichs- bzw. Justierkörpers, von dem die Schall-Laufzeit bzw. die Schallgeschwindigkeit und die Wanddicke bekannt sind, und der Dicke des Vergleichs- bzw. Justierkörpers selbst automatisch erfaßt und abgespeichert wird und daß bei der Prüfung des Prüflings bei der Taktung jedes einzelnen Prüfkopfs der dem jeweiligen Prüfkopf zugeordnete, gespeicherte Wert für die Vorlaufstrecke ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgespeicherten und wieder ausgegebenen Werte für die Vorlaufstrecken in digitaler Form entnommen werden.

3 Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, zur Überwachung dessen, ob eine Prüfung erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Signal in einer Fehlerüberwachungsb'ende ü d/oder in einer Blende zur Rückwandecho· Beobachtung die Informationsausgabe »Ankopplung in Ordnung« gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, zur Überwachung dessen, ob eine Prüfung erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Fehlen einer Anzeige in einer Fehlerüberwachungsblende und in einer Blende zur Rückwandecho-Beobachtung die Informationsausgabe »Ankopplung nicht in Ordnung« gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerüberwachungsblende und die Blende zur Beobachtung des Rückwandechos nicht dicht aneinander schließen bzw. angeordnet sind.