DE3016878C2 - Method for the contactless optical reception of ultrasonic waves - Google Patents

Description

1010

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen optischen Empfang von Ultraschallwellen in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, in dem die im Takt dor UIn aschallwellen ausgelenkten Oberflächenanteile des Prüfstücks Deleuchtet und das durch diese Oberflächenschwankungen modulierte Licht nach Durchlaufen eines Interferometers einem Lichtempfänger zugeführt wird.The present invention relates to a method for contactless optical reception of ultrasonic waves in non-destructive materials testing, in the surface portions of the test piece that are deflected in time with the acoustic waves and the light modulated by these surface fluctuations after passing through an interferometer Light receiver is supplied.

Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der ·"> DE-OS 24 57 253 und aus der DE-OS 28 18 166 bekannt. Als Lichtempfänger dient eine Fotozelle, welche die am Ausgang des Interferometers sich ergebende Helligkeitsverteilung zur weiteren elektronischen Ausweitung in entsprechende Spannungs- bzw. Stromwerte umwandelt. Besonders nachteilig ist bei den bekannten Verfahren, daß auftretende Helligkeitsschwankungen, die entsprechende Informationen über die Phasenverteilung des Schallfeldes der beleuchtenden Oberfläche beinhalten, nicht örtlich aufgelöst analysiert werden Μ können. Denn die Fotozelle integriert über ihre gesamte lichtempfindliche Fläche.Such methods are, for example, from the · "> DE-OS 24 57 253 and DE-OS 28 18 166 known. A photocell serves as a light receiver, which the am Output of the interferometer resulting brightness distribution for further electronic expansion into corresponding voltage or current values converts. A particular disadvantage of the known methods is that occurring fluctuations in brightness, the corresponding information about the phase distribution of the sound field of the illuminating surface not be analyzed spatially resolved Μ can. Because the photocell integrates over its entire light-sensitive surface.

Aus der GB-PS 20 00 290 ist ein holographisches Verfahren zur Sichtbarmachung von Materialfehlern bekannt. Hierzu wird eine an sich bekannte Holographieanordnung verwendet, bei der statt einer fotografischen Platte, ein elektrooptisches Element verwendet wird. Ein Betrachter sieht dann beim Anlegen einer Spannung an das elektrooptische Element direkt das Bild des Fehlers. Die Verwendung dieser holographisehen Anordnung für den berührungslosen Empfang von Ultraschallwellen, offenbart diese Patentschrift nicht.From GB-PS 20 00 290 a holographic method for making material defects visible known. A holographic arrangement known per se is used for this purpose used in which instead of a photographic plate, an electro-optical element is used will. A viewer then sees this directly when a voltage is applied to the electro-optical element Image of the bug. The use of this holographic vision This patent specification discloses an arrangement for the contactless reception of ultrasonic waves not.

Aufgabe der Vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, das es ermöglicht, auch örtlich und zeitlich aufgelöste Helligkeitsschwankungen zu analysieren.The object of the present invention is to provide a Specify a method of the type mentioned at the outset, which makes it possible to also resolve spatially and temporally To analyze fluctuations in brightness.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch dieThe object is achieved according to the invention by

Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.Features of claim 1 solved.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen darauf, daß das momentane, am Ausgang des Interferometers sich ergebende Interferenzmuster nicht direkt, sondern erst nach einer Zwischenspeicherung verarbeitet wird. Als Bildspeicher können beispielsweise mehrere, in Form einer Matrix angeordnete, fotoelektrische Elemente mit Gedächtnis verwendet werden. Der Speicherzcstand der einzelnen Elemente wird dann nacheinander z. B. zellenförmig abgefragtThe invention is essentially based on the fact that the instantaneous, at the output of the interferometer resulting interference patterns not directly, but is only processed after intermediate storage. For example, several, in Photoelectric elements arranged in the form of a matrix to be used with memory. The memory status of the individual elements is then one after the other z. B. queried in cells

Besonders bewährt haben sich als Bildspeicher Bildspeicherröhren (Vidikon), wie sie in Fernsehkameras verwendet werden. Das auf der Speicherplatte gespeicherte Interferenzmuster wird dabei von einem Elektronenstrahl abgetastet Vorteilhaft ist bei Verwen- -iung derartiger Röhren, daß die zugehörige Elektronik i. d. R. in die Fernsehkameras bereits integriert ist und sowohl Elektronik als auch Vidikon-Röhren relativ billig im Handel erhältlich sind.Image storage tubes (Vidicon), such as those in television cameras, have proven to be particularly effective as image storage devices be used. The interference pattern stored on the storage disk is used by a Electron beam scanned It is advantageous when using -iung such tubes that the associated electronics i. d. Usually already integrated into the television cameras and both electronics and vidikon tubes are commercially available relatively cheaply.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden mit Hilfe von Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtFurther details and advantages of the invention are given below with the aid of figures with reference to FIG Embodiments explained in more detail. It shows

F i g. 1 eine Anordnung zum optischen Empfang von Ultraschallwellen mit einer Bildspeicherröhre; undF i g. 1 shows an arrangement for the optical reception of ultrasonic waves with an image storage tube; and

F i g. 2 eine Anordnung von mehreren Bildspeicherröhren zur Verbesserung des zeitlichen Auflösungsvermögens der erfindungsgemäßen Anordnung.F i g. 2 shows an arrangement of several image storage tubes to improve the temporal resolution the arrangement according to the invention.

In Fig. 1 ist mit 1 ein zu untersuchendes Prüfstück bezeichnet, dessen Oberfläche mit kohärentem Licht eines Lasers 2 bestrahlt wird. Das an der sich bewegenden Oberfläche gestreute und reflektierte Licht 3 gelangt durch eiir Laufzeitinterferometer 4 und durch einen kurzzeitig geöffneten Verschluß 5 auf die Speicherplatte 6 einer nur schematisch dargestellten Vidikonröhre 7. Ein Elektronenstrahl 8 tastet die belichtete Speicherplatte 6 ab. so daß sich am Ausgang 9 Strom- und Spannungsschwankungen ergeben, die das Bildsignal darstellen und in der Auswerteelektronik 10 weiter verarbeitet werden.In Fig. 1, 1 denotes a test piece to be examined, the surface of which is exposed to coherent light a laser 2 is irradiated. The light scattered and reflected on the moving surface 3 passes through a transit time interferometer 4 and through a momentarily opened shutter 5 on the storage disk 6 of a shown only schematically Vidicon tube 7. An electron beam 8 scans the exposed storage plate 6. so that at exit 9 Current and voltage fluctuations result, which represent the image signal and are in the evaluation electronics 10 further processed.

Die Öffnungszeit des Verschlusses muß so gewählt werden, daß die Belichtungszeit, tn klein ist gegenüber der schnellsten zu erwartenden Ultraschallperiode ty Vorzugsweise wählt man to < t\/4. The opening time of the shutter must be chosen so that the exposure time, tn is short compared to the fastest ultrasonic period ty to be expected. Preferably, one chooses to <t \ / 4.

Während man bei Verwendung einer Bildspeicher röhre lediglich ein Momentanbild der jeweiligen Interferenzstruktur bzw. der dieser Struktur entsprechenden Ultraschallverteilung erhält, die dann elektronisch verarbeitet werden kann, erhält man bei Verwendung mehrerer Bildspeicherröhren, die zeitlich nacheinander beuchtet werden, zusätzliche Aussagen aus der sich verändernden Interferenzstruktur (Ultraschallverteilung). While using an image memory tube only a momentary image of the respective Interference structure or the ultrasound distribution corresponding to this structure is then received electronically can be processed, you get when using several image storage tubes, the temporal are wetted one after the other, additional information from the changing interference structure (ultrasound distribution).

In Fig. 2 ist eine Anordnung mit mehreren bildspeicherröhren 7¹ bis 7^IV dargestellt. Der von dem Interferometer 4 (Fig. 1) kommende Lichtstrahl 3' gelangt über mehrere Strahlenteiler (halbdurchlässige Spiegel oder Pockelzellen. die entsprechend geschaltet werden) 11,11'. 11" zu den Bildspeicherröhren. Die den Bildspeichern zugeordneten Verschlüsse 5' bis 5^IV werden zeitverzögert und nacheinander geschaltet. Die sich am Ausgang der Bildspeicher ergebenden Bildsignale werden in der Auswerteeinheit 10', die einen Rechner enthält, weiterverarbeiten Aus der zeitlichen Verfolgung der schallbedingten Oberflächenausienkung lassen sich Rückschlüsse auf die Richtung und Intensität der aus dem Materialinneren auf die Oberfläche einfallenden Schallwellenfronten Und damit auf Ungän^ zen im Material ziehen. Die Zeitverzögerung, nach derIn Fig. 2, an arrangement with a plurality of image storage tubes 7 ¹ to 7 ^{IV is} shown. The light beam 3 'coming from the interferometer 4 (FIG. 1) passes through several beam splitters (semitransparent mirrors or Pockel cells which are switched accordingly) 11, 11'. 11 "to the image storage tubes. The shutters 5 'to 5 ^IV assigned to the image storage devices are switched with a time delay and one after the other. The image signals resulting at the output of the image storage device are processed further in the evaluation unit 10', which contains a computer conclusions can be drawn about the direction and intensity of the sound wave fronts falling from the inside of the material onto the surface and thus about imperfections in the material

der jeweilige Lichtetnjjfunger belichtet wird, muß so gewählt werden, daß die von den akustischen Wellen verursachte Oberflächenauslenkung in dieser Zeit auf der Oberfläche einen örtlich auflösbaren Weg zurückgelegt hat.the respective light injector is exposed, must so be chosen that the surface deflection caused by the acoustic waves during this time the surface has covered a locally resolvable path.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum berührungslosen optischen Empfang von Ultraschallwellen in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, in d°m die im Takt der Ultraschallwellen nusgelenkten Oberflächenanteile des Prüfstücks beleuchtet und das durch diese Oberflächenschwankungen modulierte Licht nach Durchlaufen eines Interferometers einem Lichtempfänger zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Öffnungszeit eines Verschlusses (5) vorgegebener, gegen die Schallschwingungsperiode is der zu analysierenden Ultraschall-Schwingungen kleiner Zeitabschnitte Δί die am Ausgang des Interferometers (4) sich ergebenden Interferenzmuster mit Hilfe fotoelektrischer Elemente mindestens eines Bildspeichers (7) empfangen und zwischengespeichert'und anschließend in einer Auswerteeinheit (10) weiterverarbeitet werden.1. A method for the non-contact optical reception of ultrasonic waves in non-destructive material testing, in d ° m the in the cycle of the ultrasonic waves nusgeenste surface parts of the test piece is illuminated and the light modulated by these surface fluctuations is fed to a light receiver after passing through an interferometer, characterized in that during the Opening time of a shutter (5) predetermined, against the sound oscillation period is the ultrasonic oscillations to be analyzed of small time segments Δί the interference pattern resulting at the output of the interferometer (4) received with the help of photoelectric elements of at least one image memory (7) and then temporarily stored in one Evaluation unit (10) are further processed. 2. Verfaii en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai<das vom Interferometer^ kommende Interferenzmuster während getakteter Öffnungszeiten entsprechend vorgeschalteter Verschlüsse (5¹, 5", 5¹") von den fotoelektrischen Elementen der jeweiligen Bildspeicher (7¹. 7", 7'") zeitlich nacheinander empfangen und gespeichert werden.2. Verfaii en according to claim 1, characterized in that <the interference pattern coming from the interferometer ^ during clocked opening times according to upstream closures (5 ¹ , 5 ", 5 ¹ ") from the photoelectric elements of the respective image memory (7 ^1. 7 ", 7 '") are received and saved one after the other.