DE3126138C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Werkstückes mit Schritten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Werkstückes mit Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der obengenannten Gattung sind aus der DE-OS 26 20 950 bekannt.

Aus JP 52-132 864 ist ein System bekannt zur Kompensation der Variation der Geschwindigkeit der Ultraschallausbreitung in einem bestimmten Werkstück durch Variieren der Anzahl der Messungen, die für eine Bestimmung der Dicke des Werkstückes aus der Geschwindigkeit der Schallausbreitung in ihm notwendig sind.

Häufig wird dabei die verstrichene Zeit durch Zählen von Taktimpulsen gemessen, so daß die Genauigkeit des hieraus abgeleiteten Wertes für die Dicke des Materialstückes von der Frequenz oder Dauer der Taktimpulse abhängt.

Andererseits sind die Anforderungen der Benutzer hinsichtlich einer hohen Genauigkeit gestiegen. Es wird eine Auflösung von 0,1 mm oder weniger gefordert, wobei davon ausgegangen wird, daß die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Werkstückes etwa 10 000 m/sec oder mehr beträgt. In diesem Fall sind Taktimpulse mit einer Dauer von 2×10^-8sec (20 Nanosekunden) erforderlich, d. h. die Taktimpulse haben eine Frequenz von etwa 50 MHz.

Gegenwärtige Halbleiter-IC-Oszillatoren mit einer Grenzfrequenz von 50 MHz sind jedoch relativ teuer und haben einen hohen Energiebedarf, weshalb auch die Betriebskosten verhältnismäßig hoch sind. Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Dickenmessung mittels Ultraschall sind daher sehr aufwendig in der Beschaffung und im Betrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Kosten für die Einrichtung und den Betrieb verringert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den den Patentansprüchen 1 und 4 jeweils nachgeordneten Patentansprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind im folgenden anhand von Fig. 3 bis 5 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei für die Größe N, die eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 darstellt, der Wert 4 gewählt ist.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zur Dickenmessung mittels Ultraschall,

Fig. 2(a)-(e) Zeitdiagramme zur Darstellung der an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Wellenformen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dickenmessung mittels Ultraschall,

Fig. 4(a)-(e) Zeitdiagramme zur Darstellung der an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 3 auftretenden Wellenformen und

Fig. 5(a)-(k) Zeitdiagramme zur Darstellung des Prinzips der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 und der damit erzielten Wirkung.

Bevor nun die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen beschrieben werden, werden zum besseren Verständnis anhand von Fig. 1 und von Fig. 2(a)-(e) zunächst eine herkömmliche Vorrichtung und ein herkömmliches Verfahren beschrieben, wie sie aus der eingangs genannten JP 52-132 864 bekannt sind.

Die herkömmliche Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen Synchronisationssignalgenerator 1, einen mittels des Generators 1 zur Erzeugung mittels elektrischer Impulse in einer vorbestimmten Zeitdauer T₁ gesteuerten Impulstransmitter 2, einen Meßkopf 3 zur Umwandlung jedes der von dem Transmitter 2 zugeführten elektrischen Impulse in einen Ultraschallimpuls, der in ein Werkstück 10 der Dicke W eingeleitet werden soll, und zur Aufnahme jedes von dem Boden des Werkstücks 10 reflektierten Echoimpulses und zur Umwandlung dieses Echoimpulses in einen Spannungsimpuls, einen Verstärker 4 zur Verstärkung der Spannungsimpulse, einen auf die Impulse des Synchronisationssignalgenerators 1 und die verstärkten Spannungsimpulse des Verstärkers 4 ansprechenden Multivibrator 5 zur Erzeugung eines elektrischen Impulses mit einer Dauer, die der Zeitdauer T₂ gleich ist, die von der Zeit der Übertragung eines Ultraschallimpulses bis zur Zeit des Empfangs des zugehörigen Echoimpulses dauert, einen Taktimpulsgenerator 6 zur Erzeugung von Taktimpulsen mit einer Zeitdauer T₃, ein UND-Gatter 7, das mittels der elektrischen Impulse des Multivibrators 5 geschaltet wird, um die Taktimpulse des Generators 6 nur während der geschalteten Zeitdauer durchzulassen, einen Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 zum Zählen der Anzahl der durch das UND-Gatter 7 durchgelassenen Taktimpulse und zur Berechnung der Dicke aufgrund des gezählten Wertes unter Berücksichtigung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse im Werkstück (der Schaltkreis ist mit einer Geschwindigkeitseinstellvorrichtung versehen, obwohl dies nicht in Fig. 1 gezeigt ist), um ein Signal abzuleiten, das der Dicke des Werkstücks 10 entspricht, eine Anzeige 9 zur Anzeige des Signals des Schaltkreises 8, und eine Energiequelle 5 zur Versorgung der entsprechenden Bauteile mit der notwendigen elektrischen Energie. Die Anzeige 9 kann als Digitalanzeige ausgebildet sein.

Beim Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Gerätes berührt der Meßkopf 3 die Oberfläche des Werkstücks 10 und die elektrischen Impulse mit einer Zeitdauer T₁ werden von dem Transmitter 2 dem Meßkopf 3 zugeführt. In Abhängigkeit von den elektrischen Impulsen erzeugt der Meßkopf 3 Ultraschallimpulse, wie sie in Fig. 2(a) dargestellt sind, und überträgt diese Impulse in das Werkstück 10. Jeder der in das Werkstück 10 übertragenen Ultraschallimpulse wird vom Boden des Werkstücks reflektiert und erreicht den Meßkopf 3 mit einer Verzögerungszeit T₂, gemessen von der Zeit der Übertragung in das Werkstück 10. Somit weisen die Ultraschallimpulse eine in Fig. 2(b) gezeigte Wellenform auf und werden von dem Meßkopf 3 empfangen, der sie wiederum in entsprechende Spannungsimpulse umwandelt. Die Spannungsimpulse werden mittels des Verstärkers 4 verstärkt. Die Verzögerungszeit T₂ kann ausgedrückt werden als T₂=2W/C, wobei W die Dicke des Werkstücks und C die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse in dem Werkstück darstellt. Der Multivibrator 5 wird in Abhängigkeit von einem jeden Synchronisationssignal von dem Generator 1 angeschaltet und in Abhängigkeit von einem jeden empfangenen Echoimpuls abgeschaltet, wodurch er einen der Dicke entsprechenden Spannungsimpuls 12 entsprechend der Dauer der Verzögerungszeit T₂ des Echoimpulses erzeugt, wie dies in Fig. 2(c) dargestellt ist. Der der Dicke entsprechende Spannungsimpuls 12 wird dem UND-Gatter 7 zugeführt. Andererseits weisen die Taktimpulse 13 eine Zeitdauer T₃ auf, wie dies in Fig. 2(d) dargestellt ist, wobei sie mittels eines Kristalloszillators innerhalb des Taktimpulsgenerators 6 erzeugt werden und dem UND-Gatter 7 zugeführt werden. Das UND-Gatter 7 wird mittels der der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12 geschaltet, wodurch eine Reihe von Taktimpulsen 14 (siehe Fig. 2(e)) durch das UND-Gatter 7 gelangen und dem Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 zugeführt werden. Der Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 zählt die Anzahl der Taktimpulse in der Impulsreihe oder dem Impulszug 14, der von dem UND-Gatter 7 zugeleitet wird.

Wenn die Anzahl der in dem Taktzug 14 befindlichen Taktimpulse n ist, dann ist aufgrund der Beziehung

T₂=2W/C=T₃×n,

die Dicke W wie folgt:

W=C×T₃×n/2.

Der somit abgeleitete Dickenwert wird auf der Anzeige 9 angezeigt.

In der Praxis ist es üblich, daß ein sogenannter Nullpunkt-Einstellschaltkreis zwischen dem Synchronisationssignalgenerator und dem Multivibrator angeordnet ist. Bei der obigen Beschreibung des herkömmlichen Gerätes ist jedoch ein derartiger Schaltkreis weggelassen, da die Kenntnis eines derartigen Schaltkreises weder für das Arbeitsprinzip des herkömmlichen Gerätes noch für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.

Aus der Formel zur Ableitung der Dicke W sieht man, daß die Auflösung oder Genauigkeit des erhaltenen Dickenwerts von der Zeitdauer T₃ der Taktimpulse und daher von der Frequenz der Taktimpulse abhängt.

Wie bereits jedoch vorher erwähnt, weisen das Verfahren und die Vorrichtung dieser Art nach dem Stand der Technik den Nachteil auf, daß sie nicht nur hohe Kosten, sondern ebenfalls einen hohen Energiebedarf erfordern.

Im folgenden soll daher die Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4(a)-(e) und 5(a)-(k) beschrieben werden.

Der in Fig. 3 dargestellte Schaltkreis hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der in Fig. 1 gezeigte Schaltkreis, mit der Ausnahme, daß er einen Phasenkontrollschaltkreis 20 zusätzlich zu den Bauteilen des Schaltkreises von Fig. 1 aufweist, und daß eine Schallgeschwindigkeitseinstelleinrichtung in Verbindung mit dem Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 dargestellt ist, der die Bezugsziffer 21 aufweist. Entsprechend weisen die gleichen Bauteile von Fig. 1 in Fig. 3 die entsprechenden Bezugsziffern auf.

Fig. 4(a) zeigt Ultraschallimpulse P₁, P₂, . . ., die aufeinanderfolgend in ein Werkstück 10 mit einer Zeitdauer T₁ eingeleitet werden, während Fig. 4(b) die entsprechenden Ultraschallechoimpulse R₁, R₂, . . ., aufzeigt, die von der Bodenfläche des Werkstücks reflektiert wurden. Fig. 4(c) zeigt die Impulse 12 der Dauer, die gleich der Verzögerungszeit T₂ sind, die am Ausgang des Multivibrators 5 erzeugt werden, die die Bezugsziffern 12-1, 12-2, . . ., in der folgenden Beschreibung aufweisen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 3 zur Ableitung der Impulse 12-1, 12-2, . . ., ist der Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 1 zur Ableitung der der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12 gleich. Das Gerät von Fig. 3 arbeitet jedoch im Vergleich zum Gerät gemäß Fig. 1 in bezug auf das Zählen der der Dicke entsprechenden Impulse mittels der Taktimpulse unterschiedlich, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Der Taktimpulsgenerator 6 umfaßt einen Kristalloszillator, der Taktimpulse mit einer Zeitdauer T₄ unter der Steuerung des Synchronisationssignalgenerators 1 erzeugt, wobei jedoch die Phase der Taktimpulse um 2 π/N Radiane (N ist eine ganze Zahl nicht kleiner als 2) in eine vorbestimmte Richtung verschoben wird, und zwar jedesmal, wenn die Messung der Verzögerungszeit T₂ beendet ist. Es soll angenommen werden, daß die Ultraschallimpulse P₁, P₂, . . ., in das Werkstück 10 zu den Zeitpunkten T₁, T₂, . . ., eingeleitet werden. Die Phase der Taktimpulse schreitet dann vor (oder wird verzögert) um 2 π/N Radiane bei jedem der Zeitpunkte t₁′, t₂′, . . ., wie dies in Fig. 4(e) gezeigt ist, und zwar unter der Steuerung des Signals des Phasenkontrollschaltkreises 20, in dem der Zeitpunkt t₁′ so ausgewählt wird, daß er zu dem genauen Zeitpunkt zwischen (t₁+T₂) und t₂ liegt, und der Zeitpunkt t₂′ so ausgewählt wird, daß er ein genauer Punkt zwischen (t₂+T₂) und t₃ ist.

Somit erzeugt der Generator 6 an seinem Ausgang Taktimpulse 22-1 mit einer Phase (ϕ₀+2 π/N) während der Dauer von t₁′ bis t₂′, Taktimpulse 22-3 mit einer Phase (ϕ₀+(2 π/N)×2) während der Dauer von t₂′ bis t₃′ usw., wie dies in Fig. 4(d) dargestellt ist, die dem UND-Gatter 7 zugeführt werden. Dem UND-Gatter 7 werden ebenfalls Spannungsimpulse 12 von dem Dickenmultivibrator 5 zugeführt. Das UND-Gatter 7 erzeugt Taktimpulszüge 23-1, 23-2, . . ., die zueinander um 2 π/N Radiane phasenverschoben sind, wie dies in Fig. 4(e) dargestellt ist. Die Taktzüge 23-1, 23-2, . . ., werden dem Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 zugeführt, wo die Anzahl der in jedem der N aufeinanderfolgenden Taktzüge 23-1 bis 23-N enthaltenen Taktimpulse gezählt werden. Somit wird die Messung der Verzögerungszeit in bezug auf N aufeinanderfolgende Echoimpulse durchgeführt. Andererseits wird ein Faktor bezüglich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse in dem Werkstück 10 von der Einstelleinrichtung 21 dem Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 zugeführt, so daß der Schaltkreis 8 die gezählten Werte mittels des Faktors verarbeitet, um ein der Dicke des Werkstücks entsprechendes Signal abzuleiten. Der so erhaltene Werkstückdickenwert wird auf der Anzeige 9 angezeigt, die vorzugsweise eine Digitalanzeige ist. Der Taktimpulszug 32-1 mit einer Phase ϕ₀ (siehe Fig. 4(e)) entspricht hier dem Taktimpulszug 14 (siehe Fig. 2(e)).

Die Funktion des in Fig. 3 gezeigten Gerätes und die dadurch erzeugte Wirkung sollen nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a) bis (k) beschrieben werden.

In den Fig. 5(a) bis (k) ist angenommen, daß N vier und ϕ₀ Null ist; die Taktimpulse haben eine Zeitdauer von T₄, und die der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12 haben eine Dauer T₂=T₄, was dem Fall entspricht, in dem die Taktimpulszüge 23-1, 23-2, 23-3 und 23-4 zueinander um 2 π/4 Radiane (90°) phasenverschoben sind.

Fig. 5(a) zeigt aus Einfachheitsgründen nur einen der der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12 statt der der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12-1 bis 12-4. Fig. 5(b) bis (e) zeigen die Taktimpulszüge 23-1 bis 23-4, während die Fig. 5(f) bis (i) die Art des Zählens der der Dicke entsprechenden Spannungsimpulse 12-1 bis 12-4 mittels der phasenverschobenen Taktimpulse darstellen, unter der Annahme, daß das Zählen an der vorderen Kante jedes Taktimpulses durchgeführt wird, wie dies mittels der dicken ausgezogenen Linien dargestellt ist.

Der Zustand der in Fig. 5(f) dargestellten Taktimpulse entspricht dem üblichen Fall. In Fig. 5(f) beträgt die Ziffer der Zählung zwei (2), wobei es jedoch aus der Zeichnung offensichtlich ist, daß die im Fall von Fig. 5(f) erhaltene Auflösung T₄ entsprechend der Zeitdauer A eines Zyklus der Taktimpulse ist, da das Zählen mittels eines Zyklus der Taktimpulse bewirkt wird. In jeder der Fig. 5(g) bis (i) ist die Anzahl der Zählungen zwei (2) wie im Fall von Fig. 5(f), wobei jedoch darauf hingewiesen werden soll, daß im Falle der Fig. 5(g) bis (i) das Zählen an Stellen durchgeführt wird, die um 90° zueinander in der Größenordnung von Fig. 5(g), Fig. 5(h) und Fig. 5(i) phasenverschoben sind, und die zwischen den führenden Kanten der benachbarten Taktimpulse von Fig. 5(f) liegen. Somit wird das Zählen viermal so durchgeführt, daß alle der in den Fig. 5(f) bis (i) dargestellten Zähloperationen durchgeführt werden, deren gesamte Anzahl acht (8) ist. Es ist offensichtlich, daß die in diesem Fall erhaltene Auflösung T₄/4 ist, die der Zeitlänge B entspricht, die von dem Zeitpunkt, an dem der Wert "zwei (2)" in Fig. 5(i) gezählt wurde, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der nächstfolgende Taktimpuls in Fig. 5(f) beginnt, gemessen wurde. Das heißt, in diesem Fall wurde die Auflösung im Vergleich zum Fall von Fig. 5(f), der dem üblichen Fall entspricht, um ein Vierfaches verbessert. Mit anderen Worten, man kann mit dieser Ausführungsform eine derartige Auflösung erhalten, die man in dem Fall erhält, in dem man das Zählen mittels der Taktimpulse durchführt, die eine Zeitdauer T₄/4 (das vierfache vom Standpunkt der Frequenz) haben, wenn keine Phasenverschiebung bewirkt wird. Fig. 5(j) zeigt die Taktimpulse, deren Dauer auf T₄/4 geändert wurden, während Fig. 5(k) die Art und Weise zeigt, in der das Zählen mittels der Taktimpulse von Fig. 5(j) durchgeführt wird.

Der auf der Anzeige 9 angezeigte Dickenwert kann abgeleitet werden, indem man die gesamte Anzahl der Zählungen "acht (8)" durch "vier (4)" dividiert, welches die Zeit ergibt, in denen das Zählen bewirkt wurde, wobei eine derartige Division mittels des Zähl- und Rechnerschaltkreises 8 durchgeführt wird.

Von der Analogie in bezug auf den oben beschriebenen spezifischen Fall ist leicht zu verstehen, daß allgemein in dem Fall, in dem die Dauer T₂ der der Dicke entsprechenden Impulse mittels der Taktimpulse mit einer Zeitdauer T₄ gemessen wird, die Dicke W des Werkstücks durch die Formel

W=C×T₄×n/2

ausgedrückt werden kann, wobei n die Anzahl der gewählten Taktimpulse und T₄ die Periode bzw. Dauer der Taktimpulse dargestellt. In diesem Fall ist die Auflösung der Dickenmessung CT₄/2 (dieser Fall entspricht dem üblichen Fall).

Andererseits kann in dem Fall, in dem die Dauer T₂ jedes der N aufeinanderfolgenden Dickenimpulse mittels Taktimpulsen mit einer Zeitdauer NT₄ unter der Bedingung gemessen wird, daß die Phase der Taktimpulse um 2 π/N Radiane nach Beendigung der Messung eines jeden der Dickenimpulse verschoben ist, die Anzahl n ausgedrückt werden als

und die Dicke W des Werkstücks kann ausgedrückt werden als

W=C×T₄×n/2

mit dem Ergebnis, daß die Auflösung in diesem Fall CT₄/2 ist. Das heißt, der gleiche Auflösungsgrad, wie er beim üblichen Fall erhalten werden kann, kann auch dann erhalten werden, wenn die Frequenz der Taktimpulse auf 1/N vermindert wird, wenn eine derartige Phasenverschiebung, wie oben beschrieben, bewirkt wird.

Wenn N′ aufeinanderfolgende Dickenimpulse mit einer Zeitdauer T₂ mittels der Taktimpulse mit einer Zeitdauer T₄ unter der Bedingung gemessen werden, daß die Phase der Taktimpulse um 2 π/N′ Radiane nach Beendigung der Messung eines jeden Dickenimpulses verschoben ist, ist die erhaltene Auflösung CT₄/2N′. Das bedeutet, daß die Auflösung im Vergleich zu dem üblichen Fall um N′ mal verbessert ist.

In dem Fall, in dem das Zählen in bezug auf N aufeinanderfolgende Dickenimpulse 12 durchgeführt wird, wird der auf der Anzeige 9 angezeigte Dickenwert mittels Dividieren der gesamten Anzahl der Zählungen, die man von dem Zählbetrieb erhält, durch die Anzahl der Zeiten N, in der die Zählungen durchgeführt wurden, abgeleitet, wobei die Division mittels des Zähl- und Rechnerschaltkreises 8 durchgeführt wird.

Man sieht, daß das beschriebene Verfahren so arbeitet, als ob man die Frequenz der Taktimpulse um ein N-faches erhöhen würde.

In dem einfachsten Ausführungsbeispiel ist das Gerät so aufgebaut, daß die Taktimpulse eine Frequenz von 25 MHz haben (da ein IC-Oszillator, der eine derartige Frequenz liefert, leicht bei relativ niedrigen Kosten erhältlich ist). Die Phase der Taktimpulse wurde aufeinanderfolgend um 180° verschoben und die Verzögerungszeit der zwei aufeinanderfolgenden Dickenimpulse so gemessen, daß die Dicke eines Werkstückes mit einer Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit von 10 000 m/sec mit einer Auflösung von 0,1 mm bestimmt werden konnte. Das so aufgebaute Gerät wurde zur Messung der Dicke von Stahlmaterial verwendet, welches eine Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit von 5950 m/sec hat, während die Geschwindigkeitseinstelleinrichtung 21 des Gerätes auf einen Wert von 5050 m/sec eingestellt wurde, so daß der gezählte Wert mit 0,595 im Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 multipliziert wurde. Andererseits wurde die Dicke von Aluminium gemessen, welches eine Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit von 6260 m/sec aufweist, wobei die Geschwindigkeitseinstelleinrichtung 21 des Gerätes auf einen Wert von 6260 m/sec eingestellt wurde, so daß der gezählte Wert mit 0,626 in dem Zähl- und Rechnerschaltkreis 8 multipliziert wurde. In beiden Fällen konnte der auf der Anzeige 9 angezeigte Dickenwert mit einer Zahl bis zur ersten Dezimalstelle angezeigt werden, d. h., die Anzeige konnte innerhalb der Auflösung von 0,1 mm gemacht werden.

In einem anderen Beispiel wurde das Gerät so aufgebaut, daß die Phase der Taktimpulse aufeinanderfolgend um 18° zur Messung der Verzögerungszeit von zehn aufeinanderfolgenden Dickenimpulsen verschoben wurde. In diesem Fall konnte der auf der Anzeige 9 angezeigte Dickenwert mit einer Zahl bis zur zweiten Dezimalstelle angegeben werden, d. h. die Anzeige wurde mit einer Auflösung von 0,01 mm durchgeführt.

Mit der Erfindung wird somit eine Dickenmessung mit hoher Auflösung erreicht, die man mit bekannten Geräten nur dann erreicht wird, wenn man die Frequenz der Taktimpulse auf ein N-faches steigert. Erfindungsgemäß werden N aufeinanderfolgende Dickenimpulse mittels Taktimpulsen gemessen, deren Phasen aufeinanderfolgend um 2 π/N Radiane verschoben sind, während die Frequenz nicht gesteigert wird. Weiter ist es mit der Erfindung möglich, einen teuren IC-Oszillator mit einer höheren Grenzfrequenz zu vermeiden, wodurch die Kosten des Gerätes gesenkt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Dicke eines Werkstückes mit folgenden Schritten:

• (a) Periodisches Einleiten von Ultraschallimpulsen in das Werkstück zur Durchführung aufeinanderfolgender Meßzyklen,
• (b) Empfangen von entsprechenden Echo-Ultraschallimpulsen aus dem Werkstück,
• (c) Erzeugen von Impulsen in Abhängigkeit vom Empfang von Echoimpulsen in jedem Meßzyklus zur Bestimmung einer Meßperiode in jedem Zyklus,
• (d) Erzeugen von Taktimpulsen,
• (e) Weiterleiten der Taktimpulse innerhalb der Meßperiode eines jeden Meßzyklus an einen Zähler, und
• (f) Zählen der am Zähler ankommenden Taktimpulse,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (g) innerhalb einer Folge von N Meßzyklen (wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist) nach jedem Meßzyklus die Phase der Taktimpulse um 2 π/N Radiane in einer vorbestimmten Richtung verschoben wird und
• (h) die Zahl der Taktimpulse, die in den Meßperioden der Folge von N Meßzyklen geliefert werden, gezählt und durch N geteilt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Taktimpulse nach Beendigung einer jeden Meßperiode um 2 π/N Radiane fortschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Phase der Taktimpulse nach Beendigung einer jeden Meßperiode um 2 π/N Radiane verzögert wird.

4. Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Werkstückes mit

• (a) einem Kopf (3) zum Einleiten von Ultraschallimpulsen in das Werkstück und zum Empfangen entsprechender Echo-Ultraschallimpulse,
• (b) einem Synchronisationssignalgenerator (1) zum periodischen Zuführen von elektrischen Impulsen an den Kopf (3), der dadurch die Ultraschallimpulse zur Durchführung einer Folge von aufeinanderfolgenden Meßzyklen sendet,
• (c) einer auf Echoimpulse ansprechenden Einrichtung (5), die mit dem Kopf (3) verbunden ist und in der Zeitspanne von der Zeit der Aussendung eines jeden Ultraschallimpulses bis zur Zeit des Empfangs der entsprechenden Echoimpulse durch den Kopf (3) betätigt wird,
• (d) einem mit dem Synchronisationssignalgenerator (1) verbundenen Taktimpulsgenerator (6) zur Erzeugung von Taktimpulsen,
• (e) einer Torschaltung (7), die mit der auf Echoimpulse ansprechenden Einrichtung (5) und dem Taktimpulsgenerator (6) verbunden ist, und
• (f) einer Zähl- und Signalverarbeitungseinrichtung (8), die mit der Torschaltung (7) verbunden ist,
• (g) wobei die Torschaltung (7) die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators (6) nur während der Betätigung der auf Echoimpulse ansprechenden Einrichtung (5) an die Zähl- und Signalverarbeitungseinrichtung (8) weiterleitet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (h) eine mit dem Taktimpulsgenerator (6) verbundene Phasensteuereinrichtung (20) vorgesehen ist, welche in einer Folge von N Meßzyklen (wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist) die Phase der vom Taktimpulsgenerator (6) ausgehenden Impulse nach jedem Meßzyklus um 2 π/N Radiane in einer vorbestimmten Richtung verschiebt und
• (i) die Zähl- und Signalverarbeitungseinrichtung (8) dafür eingerichtet ist, die während eines Meßzyklus von der Torschaltung (7) empfangenen Taktimpulse zu zählen und die Summe durch N zu teilen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteuereinrichtung (20) nach Beendigung der Betätigung der auf Echoimpulse ansprechenden Einrichtung (5) die Phase der Taktimpulse um 2 π/N Radiane nach vorne verschiebt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteuereinrichtung (20) nach Beendigung der Betätigung der auf Echoimpulse ansprechenden Einrichtung (5) die Phase der Taktimpulse um 2 π/N Radiane verzögert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Echoimpulse ansprechende Einrichtung (5) einen Multivibrator umfaßt, der in Abhängigkeit von einem Synchronisierungssignal des Synchronisierungssignalgenerators (1) anschaltbar und in Abhängigkeit von einem Signal entsprechend dem zugehörigen, vom Kopf (3) empfangenen Echoimpuls abschaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung (7) ein UND-Gatter umfaßt, das mittels des Ausgangssignals des Multivibrators geschaltet wird und die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators (6) nur während dieser Schaltdauer durchläßt, so daß die Zahl der so durchgelassenen Taktimpulse gezählt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähl- und Signalverarbeitungseinrichtung (8) einen Rechnerschaltkreis mit einer Schallgeschwindigkeitseinstelleinrichtung (21) zur Einstellung der im jeweiligen Werkstück geltenden Schallausbreitungsgeschwindigkeit umfaßt zur Ableitung eines die Dicke des Werkstückes (10) darstellenden Signals.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Anzeige des abgeleiteten Wertes für die Dicke des Werkstückes vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung den abgeleiteten Dickenwert digital anzeigt.