DE3441894A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen

Info

Publication number
DE3441894A1
DE3441894A1 DE19843441894 DE3441894A DE3441894A1 DE 3441894 A1 DE3441894 A1 DE 3441894A1 DE 19843441894 DE19843441894 DE 19843441894 DE 3441894 A DE3441894 A DE 3441894A DE 3441894 A1 DE3441894 A1 DE 3441894A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transducer
sound
wall thickness
test piece
additional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19843441894
Other languages
English (en)
Other versions
DE3441894C2 (de
Inventor
Wolf-Dietrich 5300 Bonn Kleinert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krautkraemer GmbH
Original Assignee
Krautkraemer GmbH and Co
Krautkraemer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krautkraemer GmbH and Co, Krautkraemer GmbH filed Critical Krautkraemer GmbH and Co
Priority to DE19843441894 priority Critical patent/DE3441894A1/de
Publication of DE3441894A1 publication Critical patent/DE3441894A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3441894C2 publication Critical patent/DE3441894C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H5/00Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02854Length, thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

  • VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG
  • DER WANDSTARKE UND/ODER DER SCHALLGESCHWINDIG-KEIT VON PROFSTOCKEN MIT ULTRASCHALL IMPULSEN Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke und/oder Schallgeschwindigkeit von Prüfstücken mit Ultraschallimpulsen, deren Laufzeiten im Prüfstück gemessen werden, wobei mit Hilfe eines ersten Sende- und Empfangswandlers die Laufzeit ,tw, der entsprechenden Ultraschall impulse zwischen der Schalleintrittsfläche des Prüfstückes und der der Schalleintrittsfläche gegenüberliegenden Rückwand des Prüfstückes ermittelt wird und wobei mit Hilfe jeweils eines zusätzlichen Sende- und Empfangswandlers, die symmetrisch zum ersten Wandler angeordnet sind, eine zweite Laufzeitmessung vorgenommen wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Um die Wandstärke von Prüflingen, beispielsweise von Blechen oder Rohren, mit Hilfe von Ultraschallimpulsen zu bestimmen, wird üblicherweise die Laufzeit der Schallimpulse gemessen, wobei mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit innerhalb des Prüflings die vom Schall zurückgelegte Entfernung bestimmt wird. Hierfür ist es allerdings erforderlich, daß die Schallgeschwindigkeit im Prüfling bekannt sein muß.
  • Aus dem Aufsatz von M.V. Korolev u.a. "Ultrasonic Thickness Gauging without Standards in USSR", lOth World Conference on Non-Destructive Testing, Moscow (1982) Vol. 2, pp. 50-59 sowie aus den US-Patentschriften 4.398.421 und 4.413.517 sind ferner Geräte bekannt, bei denen die Schallgeschwindigkeiten der zu prüfenden Werkstücke nicht vorgegeben werden müssen.
  • Vielmehr ist es mit diesen bekannten Geräten möglich, mit Hilfe zweier zusätzlicher Ultraschallwandler die Schallgeschwindigkeit dadurch zu ermitteln, daß die Laufzeit der entsprechenden Ultraschall impulse entlang der Oberfläche des Werkstückes ermittelt wird. Nachteilig ist bei diesen bekannten Anordnungen vor allem, daß die derartig ermittelte Schallgeschwindigkeit nur charakteristisch für einen oberflächennahen Bereich des Prüfstückes ist. Eine Wanddickenmessung mit ausreichender Genauigkeit ist daher nur dann möglich, wenn hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit homogene Werkstücke vorliegen. Diese Voraussetzung ist vielfach aber nicht gegeben.
  • Bei diesen bekannten Verfahren ist ferner nachteilig, daß die Schallgeschwindigkeitsermittlung häufig nicht mit der selben Wellenart gemessen werden kann, wie die eigentliche Wandstärkenmessung (i.d.R.: Longitudinalwellen). Denn je nach der Oberflächenbeschaffenheit des Prüfstückes handelt es sich bei den Ultraschallwellen, die sich entlang der Oberfläche des Prüfstückes fortpflanzen, um Oberflächen- oder um Kriechwellen. Die Schallgeschwindigkeiten dieser Wellenarten können aber wesentlich verschieden sein von derjenigen, die Longitudinalwellen besitzen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, mit dem es möglich ist, trotz einer inhomogenen Schallgeschwindigkeitsverteilung in dem zu prüfenden Werkstück, eine genaue Wandstärkenbestimmung vorzunehmen, wobei sichergestellt sein soll, daß beide Laufzeitmessungen mit der gleichen Wellenart, i.d.R. Longitudinalwellen, vorgenommen werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart der kennzeichnende Teil des Anspruchs 3. Die weiteren Unteransprüche offenbaren besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden mit Hilfe von Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1: schematisch ein Ultraschallwandstärkenmeßgerät mit Prüfkopf, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet; Fig. 2: einen auf ein Werkstück aufgesetzten erfindungsgemäßen Prüfkopf ; und Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines Ultraschallschwingers mit Vorlaufkörper.
  • In Fig. 1 ist mit 1 eine Schaltung eines Wandstärkenmeßgerätes dargestellt, das über Leitungen 2,3,4 und 5 mit einem Prüfkopf 6 verbunden ist. Der Prüfkopf 6 befindet sich auf einem Prüfstück 7, dessen Wandstärke D ermittelt werden soll.
  • Das Wandstärkenmeßgerät 1 enthält einen Trigger 100, der den Ultraschallsender 101 triggert. Der Ausgang des Senders 101 ist über einen ersten steuerbaren Schalter 102 mit den Leitungen 2 und 3 verbunden. Die Leitungen 4 und 5 sind über einen zweiten steuerbaren Schalter 103 und einem Empfangsverstärker 104 mit dem Rücksetzeingang eines Flip-Flops 105, an dessen Setzeingang der Trigger 100 liegt, verbunden. Dem Flip-Flop 105 nachgeschaltet ist ein UND-Glied 106, an dessen zweitem Eingang ein Taktgenerator 107 und an dessen Ausgang ein Zähler 108 liegt.
  • Die Zählwerte des Zählers werden in einen Mikroprozessor 109 übertragen und dort weiterverarbeitet. Der von dem Mikroprozessor 109 berechnete Wandstärkenwert bzw. Schallgeschwindigkeitswert wird dann von einer Anzeigenvorrichtung 110 dargestellt.
  • Der Prüfkopf 6 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei elektroakustischen Wandlern 600, 601 und 602. Dabei dient der Wandler 600 zur Erzeugung von Schallwellen (Sendewandler) und der Wandler 602 zum Empfang von Schallwellen (Empfangswandler). Mit dem Wandler 601 schließlich werden sowohl Schallwellen erzeugt als auch die entsprechenden von der Rückwand 700 des Prüfstückes 7 reflektierten Echosignale empfangen. Bei allen drei Wandlern handelt es sich um Logitudinalwandler.
  • Im folgenden soll die Wirkungsweise der dargestellten Schaltungsvorrichtung näher erläutert werden: Der Trigger 100 des Ultraschallwandstärkenmeßgerätes 1 erzeugt in vorgegebenen zeitlichen Abständen Impulse, die einerseits den Sender 101 veranlaßen, entsprechende elektrische Sendeimpulse zu erzeugen und andererseits das Flip-Flop 105 setzen.
  • Ober den Schalter 102, der sich in einer ersten Stellung befindet (ausgezogene Schalterstellung),gelangt der Sendeimpuls an den Wandler 601, der einen entsprechenden Ultraschallimpuls erzeugt.
  • Dieser Ultraschall impuls gelangt in das Prüfstück 7 und trifft auf den Bereich 701 der Rückwand 700. Der Impuls wird von dieser Rückwand reflektiert und wiederum von dem Wandler 601 in einen entsprechenden elektrischen Impuls umgewandelt. Dieser elektrische Impuls gelangt über den zweiten Schalter 103 und nach Verstärkung durch den Empfangsverstärker 104 an den Rücksetzeingang des Flip-Flops 105. Am Ausgang des Flip-Flops 105 ergibt sich also ein Torsignal, dessen Breite proportional ist zur Laufzeit der Ultraschallimpulse zwischen der Oberfläche 702 und der Rückwand 700 des Prüfstückes 7. Dieses Torsignal wird in bekannter Weise mit Hilfe des Taktgenerators 107, des UND-Gatters 106 und des Zählers 108 ausgezählt und der entsprechende Zählwert in den Mikroprozessor 109 übertragen.
  • Würde der Schallgeschwindigkeitswert cw des Prüfstückes 7 bekannt sein, so könnte der Mikroprozessor sofort die entsprechende Wandstärke D des Prüfstückes 7 aufgrund der Beziehung: D= 1 cw . tw (1) ermitteln, wobei tw die Laufzeit der Ultraschall impulse durch das Prüfstück bedeutet.
  • Es ist aber gerade der Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß der Schallgeschwindigkeitswert cw nicht bekannt zu sein braucht bzw. durch dieses Gerät ebenfalls ermittelt werden kann.
  • Um dieses zu erreichen wird eine zweite Laufzeitmessung durchgeführt. Hierzu veranlaßt der Mikrcprozessor 109 die Schalter 102 und 103 zur Umschaltung in ihre zweite (gestrichelte) Stellung.
  • Der nächste elektrische Sendeimpuls gelangt dann über die Leitung 2 an den Sendewandler 600 und erzeugt einen entsprechenden Ultraschall- impuls. Sende- und Empfangswandler 600 und 602 sind nun so ausgelegt, daß es sich bei diesen Wandlern um Senkrechtprüfköpfe handelt, bei denen also die Einschallung in Richtung der Normalen des Prüfstückes erfolgt. Andererseits sind der Abstand a der Wandler 600 und 602 voneinander und der Divergenzwinkel 6J des Schallbündels 606 des Sendewandlers 600 und der dem Schallbündel entsprechenden Empfangscharakteristik 607 des Empfangswandlers 602 so gewählt, daß sich das Schallbündel 606 und die Empfangscharakteristik 607 im Reflektionsbereich 701 der Rückwand 700 des Prüfstückes 7 überlappen. Der entsprechende Oberlappungsbereich ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt und mit 608 bezeichnet.
  • Der Schallstrahl mit dem kürzesten Weg zwischen Sende- und Empfangswandler ist mit 609 gekennzeichnet.
  • Aus der Forderung, daß sich das Schallbündel 606 und die Empfangscharakteristik 607 im Bereich 701 überlappen müssen, ergibt sich, daß ein von dem Sendewandler 600 erzeugtes und an der Rückwand 700 im Bereich 701 reflektiertes Ultraschallsignal vom Empfangswandler 602 auch empfangen wird. Dieses Signal wird dann wiederum über den Schalter 103 dem Verstärker 104 zugeführt. Anschließend wird mit Hilfe des Flip-Flops 105 ein Tor erzeugt, das mittels des UND-Gatters 106, des Taktgenerators 107 und des Zählers 108 ausgezählt wird. Der entsprechende Zählwert wird in den Mikroprozessor 109 übertragen und dann die Wanddicke, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt: Bezeichnet man den Weg eines Schallimpulses vom Sendewandler 600 zum Empfangswandler 602 über den Rückwandbereich 701 mit s und seine Laufzeit mit ts, so gilt: cw = s/ts (2) Außerdem folgt aus der geometrischen Zuordnung von s, D und a: (s/2)2 = (a/2)2 + D2 (3) Gleichungen (2) und (3) in (1) eingesetzt ergibt: Bei bekanntem Abstand a des Sende- und Empfangswandlers 600 und 602 bzw. bei bekanntem Abstand zwischen Schalleintrittsfläche 703 und Schallaustrittsfläche 704 der Oberfläche 702 des Werkstückes 7, kann daher die Wandstärke D alleine, aufgrund der Laufzeitmessungen tw und ts, ermittelt werden.
  • Allerdings ist der Abstand a mit mechanischen Hilfsmitteln nur relativ ungenau meßbar, weil die Ein- und Austrittsflächen nicht punktförmige Flächen darstellen, sondern einen mehr oder weniger großen Bereich umfassen. Als besonders vorteilhaft hat es sich daher erwiesen, nicht den mittleren mechanisch gemessenen Abstand zwischen den beiden Wandlern zu verwenden, sondern von einem effektiven Abstand aeff auszugehen. Dazu wird ein Kontrollkörper bekannter Dicke und beliebiger Schallgeschwindigkeit verwendet und aus Gleichung (4) aeff vermittelt, indem D vorgegeben und die Laufzeiten tw und ts gemessen werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß aeff praktisch unabhängig von der Dicke D des jeweiligen Werkstückes ist, so daß Gleichung (4) ersetzt werden kann durch: Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich allerdings nur auf den Fall, daß die Schwinger der Wandler 600, 601 und 602 direkt - oder über eine nicht dargestellte Schutzschicht - mit dem Prüfstück 7 in Berühung stehen. Vorteilhafterweise werden aber häufig die Schwinger des Sende- bzw. Empfangswandlers über Vorlaufkörper an das Prüfstück 7 angekoppelt. Dadurch ist es u.a. möglich, Schallbündel mit relativ großem Divergenzwinkel AJ in dem Prüfstück zu erzeugen, was die Messung geringer Wandstärken D ermöglicht. Einen entsprechenden Prüfkopf 60 zeigt Fig. 2.
  • Der Schwinger des nicht in allen Einzelheiten wiedergegebenen Sendewandlers ist mit 610, der des Empfängers mit 611 und der des Sendeempfangswandlers mit 612 bezeichnet. Die Schwinger 610 und 611 sind jeweils auf Schallvorlaufkörpern 613 und 614 angeordnet, welche beispielsweise aus Plexiglas bestehen können und die die gleiche Dicke aufweisen sollten. Der Schwinger 612 berührt während des Meßvorganges direkt das Prüfstück 7. Durch die akustischen Trennschichten 615, 616 wird sichergestellt, daß die von dem Schwinger 610 erzeugten Schall impulse nicht direkt, d.h. über den Bereich,in dem sich der Sendeempfangsschwinger 612 befindet, zu dem Empfangsschwinger 611 gelangen.
  • Die Schaltung des entsprechenden Wandstärkenmeßgerätes entspricht im wesentlichen derjenigen des in Fig. 1 dargestellten Gerätes.
  • Lediglich die Schalter 102 und 103 sind durch neue, jeweils drei Schaltstufen aufweisende Schalter 1020 und 1030 ersetzt worden. Die Bedeutung dieser Schalter wird weiter unten noch näher erläutert.
  • Zur Ermittlung der unbekannten Wandstärke 6 des Prüfstückes 7 wird wiederum Gleichung (1) herangezogen. Es wird also die Laufzeit tw ermittelt, die ein Ultraschallimpuls vom Schwinger 612 bis zur Rückwand 700 des Prüfstückes und zurück zum Schwinger 612 benötigt.
  • Bei der zweiten Laufzeitmessung,bei der die Laufzeit ermittelt wird, die die vom Sendeschwinger 610 erzeugten Impulse benötigen, um über den Reflektionsbereich 701 des Prüfstückes 7 zu dem Empfangsschwinger 611 zu gelangen ist zu berücksichtigen, daß die Schall impulse nicht nur das Prüfstück 7 sondern auch die Vorlaufkörper 613 und 614 durchlaufen. Im folgenden soll näher auf die entsprechenden funktionellen Zusammenhänge zwischen den Laufzeiten tw und ts sowie dem Abstand a zwischen dem Sende- und Empfangsschwinger 610 und 611 und der Wandstärke D eingegangen werden: Dazu ist in Fig. 2 ein Schallstrahl 617 dargestellt, der von dem Sendeschwinger 610 ausgeht und über den Bereich 701 der Rückwand 700 des Prüfstückes 7 zu dem Empfangsschwinger 611 gelangt. Dieser Strahl möge unter einem Einfallswinkel eA auf die Schallaustrittsfläche des Vorlaufkörpers 613 fallen und aufgrund der.unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten in dem Vorlaufkörper (cv) und in dem Prüfstück (cw) einen Einschallwinkells besitzen, der sich aufgrund der Beziehung: sin (#) = cv (6) sin (ß ) cw errechnet.
  • Neben Gleichung (6) müssen noch die Bedingungen über die Gesamtlaufzeit des Schallstrahles 617 vom Punkt 618 über dem Bereich 701 zu dem Punkt 619 auf dem Empfangsschwinger sowie die Bedingung über die geometrische Lage der Punkte 618, 701 und 619 erfüllt sein. Diese Bedingungen werden durch die Gleichungen (7) und (8) beschrieben: ts' = tv/cos (α ) + tw'/cos (ß) (7) a = 2.tv'.cv.tan (α) + 2.tw'.cw.tan (ß) (8) Dabei bedeuten: ts' = Halbe Schal laufzeit von Punkt 618 über Punkt 701 zu Punkt 619. (ts' = 1 ts).
  • 2 tv = Halbe Schal laufzeit für die Senkrechteinschallung in den Vorlaufkörper 606 bzw. 607.
  • tw' = Halbe Schal laufzeit für die Senkrechteinschallung in das Werkstück (tw' = 2 tw).
  • a = Abstand der Punkte 618 und 619.
  • Durch Auflösen der Gleichungen (6) und (8) nach cw und Gleichsetzen, können mit Hilfe von Gleichung (7)α und ß berechnet werden.
  • Gleichung (6) liefert dann bei Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Vorlaufkörper die Schallgeschwindigkeit im Prüfstück 7. Bei bekanntem Abstand a und bekannter Schallgeschwindigkeit im Vorlauf, kann also die Schallgeschwindigkeit im Werkstück allein aus den drei Zeitmessungen ts', tw' und tv ermittelt werden. Mit der berechneten Schallgeschwindigkeit cw im Werkstück und der gemessenen Zeit tw ist damit auch die Dicke des Werkstückes, gemäß Gleichung (1) bekannt.
  • Wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel auch, ist der Abstand a mit mechanischen Hilfsmitteln relativ ungenau meßbar. Es hat sich daher auch bei diesem Ausführungsbeispiel als besonders vorteilhaft erwiesen, nicht den mittleren mechanisch gemessenen Abstand zwischen den beiden Schwingern 610 und 611 zu verwenden, sondern von einem berechneten effektiven Abstand seff auszugehen. Dazu wird wiederum ein Kontrollkörper bekannter Dicke und beliebiger Schallgeschwindigkeit verwendet.
  • Zur Berechnung von aeff werden die drei Schal laufzeiten ts, tw und tv an dem Kontrollkörper gemessen. Aus der Dicke des Kontrollkörpers kann mit Hilfe der Laufzeit tw die Schallgeschwindigkeit des Kontrollkörpers berechnet werden. Mit diesen Werten kann nun der Abstand aeff -ermittelt werden, indem aus den Gleichungen (6) und (7) oC und ß berechnet werden. Gleichung (8) - in der a durch aeff ersetzt wurde - liefert dann aeff.
  • Das Lösen des genannten Gleichungssystems ist sehr aufwendig.
  • Häufig können aber aufgrund der konkreten Aufgabenstellung an die erfindungsgemäßen Vorrichtung, das erwähnte Gleichungssystem wesentlich vereinfacht werden. Vor allem vier Fälle lassen sich unterscheiden: 1. Es sollen nur Werkstücke mit erheblich größerer Schallgeschwindigkeit als im Vorlauf gemessen werden. Dann gilt: cv <cw also mit Gleichung (6) sin ( ¢C)/sin ( ) (/3) ' 1 Bei in Abhängigkeit vom zu messenden Dickenbereich sinnvoll gewähltem a ist ß nicht größer als ca. 20 Grad. In diesem Falle kann dC in hinreichender Näherung gleich 0 gesetzt werden. Dadurch vereinfacht sich das o.e. Gleichungssystem zu: ts' = tv - tw' / cos (ß ) (7') aeff = 2.tw'.cw.tan (ß) (8') Gleichung (9) in Gleichung (10) eingesetzt liefert: Diese Gleichung dient wie oben beschrieben zur Ermittlung von aeff in einem Justiervorgang. Das so berechnete aeff stimmt allerdings nicht genau mit dem nach dem allgemeinen Gleichungssystem berechneten aeff überein. Es wird vielmehr ein kleinerer Wert ermittelt. Trotzdem ergeben sich unter der genannten Einschränkung noch recht genaue Wert für die Schallgeschwindigkeiten.
  • Wird Gleichung (9) nach cw aufgelöst, dient sie zur Berechnung von cw aus den drei Laufzeitmessungen ts', tw' und tv: 2. Es sollen nur Werkstücke größerer Dicke gemessen werden, so daß auf Vorlaufkörper 613, 614 - bis auf eine dünne Schutzschicht -verzichtet werden kann. In diesem Fall ergibt sich das oben zu Fig. 1 beschriebene Beispiel.
  • 3. Es sollen nur Werkstücke gemessen werden, deren Schallgeschwindigkeiten in derselben Größenordnung liegen wie die Schallgeschwindigkeit in den Vorlaufkörpern 613,614.
  • In diesem Falle verändert sich das Gleichungssystem zu: sin (α) /sin (ß) # 1 bzw. sin (α) = sin (ß ) (6") und damit gilt: ts' = (tw' + tv)/cos (ß) (7'') aeff = 2.tan (ß) . (tv.cv + tw'.cw) (8") Aus den beiden Gleichungen (7") und (8") folgt: Diese Gleichung dient wieder zur Ermittlung von aeff mit Hilfe der Messungen der Laufzeiten ts', tw' und tv an einem Kontrol lkörper bekannter Dicke bzw. Schaligeschwindigkeit.
  • Gleichung (11) umgeformt nach cw dient zur Berechnung der Dicke bzw. Schallgeschwindigkeit im Werkstück: 4. Es sollen nur Werkstücke vermessen werden, deren Wanddicken in derselben Größenordnung liegen.
  • Bei den bisher beschriebenen Fällen werden Schwinger 610, 611 verwendet, deren Breite b wesentlich kleiner ist als die Breite B der Vorlaufkörper 613, 614,auf denen die Schwinger angeordnet sind. Derartige Vorlaufkörper haben den Vorteil, daß sich der Schallverlauf an die Wanddicke anpaßt. D.h., bei großen Wanddicken ist der Abstand von Schalleintritts- punkt zu Schallaustrittspunkt auf der Prüfstücksoberfläche 702 größer als bei geringen Wanddicken. Dadurch wird eine höhere Meßgenauigkeit erreicht. Werden nur Prüfstücke 7 mit Wanddicken in der selben Größenordnung vermessen, so kann durch Wahl eines geeigneten Abstandes a auf diesen Vorteil verzichtet werden.
  • Benutzt man in diesem Fall für jeden Schwinger einen eigenen Vorlaufkörper, der die gleichen Breiten- und Längenabmessungen wie der Wandler aufweist, so erfolgt die Auswertung, wie unter Fall 1. beschrieben. Die Höhe h des Vorlaufkörpers soll dabei vorzugsweise der Nahfeldlänge des Schwingers entsprechen. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Dabei ist mit 6100 ein Schwinger der Breite b und der Länge l und mit 6130 der entsprechende, an die Abmessungen des Schwingers angepaßte Vorlaufkörper bezeichnet. Durch einen derartigen Vorlaufkörper kann Gleichung (6) nicht erfüllt werden. Hier ist der schnellste Weg des Schall impulses derjenige, welcher den Vorlaufkörper 6130 senkrecht durchläuft. Es gilt also, daß im Fall 1. angegebene Gleichungssystem.
  • Hinsichtlich der Wandlerform haben sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor allem rechteckige Strahler, wie sie Fig. 3 zeigt, bewährt. Dabei sollte die schmale Seite der Schwinger 610,611 (Fig. 2) auf der beide Schwinger direkt verbindenden Linie (Z-Achse) liegen. Dadurch wird in dieser Richtung ein großer Divergenzwinkel 0 erzielt. In der Richtung senkrecht zur Z-Achse hat das Schallbündel dagegen eine wesentlich geringere Divergenz, wodurch sich eine Erhöhung der Empfindlichkeit ergibt.
  • Die große Divergenz in Richtung der Z-Achse kann durch die Wahl einer niedrigen Frequenz noch erhöht werden.
  • Allerdings ist dabei darauf zu achten, daß die starken Nebenkeulen (sowohl Transversal - als auch Longitudinalwellenanteile), die bei großen t /D Verhältnissen entstehen, keine Oberflächen- oder Kriechwellen auf der Werkstückoberfläche erzeugen können. Da diese Nebenkeulen direkt am Wandler entstehen, genügt es zur Vermeidung störender Einflüsse die Seiten des Vorlaufkörpers mit einem Dämpfungsmaterial zu versehen, so daß diese Nebenkeulen nicht durch Reflexion in das Werkstück gelangen können.
  • Da in den oben erwähnten mit 1,3 und 4 bezeichneten Ausführungsbeispielen die Zeit tv bekannt sein muß, während der die Schallimpulse die Vorlaufkörper durchlaufen, sind in Fig. 2 zwei dreistufige Schalter 1020 und 1030 vorgesehen.
  • Befindet sich Schalter 1020 in der Schaltstellung (a) und Schalter 1030 in Stellung (c) bzw. Schalter 1020 in Stellung (c) und Schalter 1030 in Stellung (a), so kann der jeweilige Wert tv mit dem Wandstärkenmeßgerät l (Fig. 1) ermittelt werden. Dabei erfolgt das Rücksetzen des Flip-Flops 105 durch das an der Unterseite des jeweiligen Vorlaufkörpers 613,614 reflektierte Echosignal.
  • Sind die Schalter 1020 und 1030 jeweils in Stellung (a) kann ts und sind beide Schalter jeweils in Stellung (b) kann tw ermittelt werden.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch ähnliche, einem Durchschnittsfachmann naheliegende Ausführungsformen. So ist es insbesondere naheliegend zur Messung von oberflächennahen Fehlern auch den Schwinger 612 des Prüfkopfes 60 (Fig. 2) auf einem Vorlaufkörper anzuordnen.
  • - Leerseite -

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke und/oder Schallgeschwindigkeit von Prüfstücken mit Ultraschall impulsen, deren Laufzeiten im Prüfstück gemessen werden, wobei mit Hilfe eines ersten Sende- und Empfangswandlers die Laufzeit ,tw, der entsprechenden Ultraschall impulse zwischen der Schalleintrittsfläche des Prüfstückes und der der Schalleintrittsfläche gegenüberliegenden Rückwand des Prüfstückes ermittelt wird und wobei mit Hilfe jeweils eines zusätzlichen Sende- und Empfangswandlers, die symmetrisch zum ersten Wandler angeordnet sind, eine zweite Laufzeitmessung vorgenommen wird, d a d u r c h gekennzeichnet, - daß bei der zweiten Laufzeitmessung die Laufzeit ,ts, ermittelt wird, die die Ultraschall impulse benötigen, um von dem Sendewandler (600) über den Reflektionsbereich (701) der Rückwand (700), an dem die Schallstrahlen des ersten Sende- und Empfangswandlers (601) reflektiert werden, zu dem Empfangswandler (602) zu gelangen, und - daß dann aus den beiden Laufzeitwerten tw und ts und dem Abstand ,a, zwischen dem zusätzlichen Sendewandler (600) und dem zusätzlichen Empfangswandler (602) die Wandstärke und/oder die Schallgeschwindigkeit des Prüfstückes (7) berechnet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, da d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand ,a, zwischen dem zusätzlichen Sendewandler (600) und dem zusätzlichen Empfangswandler (602) mit Hilfe eines Kontrollkörpers bekannter Wandstärke ermittelt wird, in dem an diesem Kontrollkörper die entsprechenden Laufzeitwerte tw und ts gemessen werden,und daß aus diesen Laufzeitwerten und dem bekannten Wandstärkenwert D des Kontrollkörpers ein effektiver Abstand aeff berechnet wird, und daß dieser effektiver Abstandswert dann zur Bestimmung der Wandstärke von Prüfstücken (7) verwendet wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß es sich bei den zusätzlichen Sende- und Empfangswandlern (600 und 602) um Senkrechtprüfköpfe handelt, wobei der Abstand ;a, der Wandler (600 und 602) voneinander und der Divergenzwinkel ,C) des Schallbündels (606) des Sendewandlers (600) im Prüfstück (7) und der dem Schallbündel entsprechenden Empfangscharakteristik (607) des Empfangswandlers (602) so gewählt sind, daß sich das Schallbündel und die Empfangscharakteristik im Reflektionsbereich (701) der Rückwand (700) des Prüfstückes (7), dessen Wandstärke noch gerade gemessen werden soll, überlappen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den zusätzlichen Sende- und Empfangswandlern (600, 602) und der Prüfstücksoberfläche (702) Schallvorlaufkörper (606, 607) vorgesehen sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingerelemente (610, 611) der zusätzlichen Sende-und Empfangswandler (600, 602) Rechteckstrahler sind.
DE19843441894 1984-11-16 1984-11-16 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen Granted DE3441894A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843441894 DE3441894A1 (de) 1984-11-16 1984-11-16 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843441894 DE3441894A1 (de) 1984-11-16 1984-11-16 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3441894A1 true DE3441894A1 (de) 1986-07-24
DE3441894C2 DE3441894C2 (de) 1987-10-01

Family

ID=6250451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19843441894 Granted DE3441894A1 (de) 1984-11-16 1984-11-16 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wandstaerke und/oder der schallgeschwindigkeit von pruefstuecken mit ultraschallimpulsen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3441894A1 (de)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634374A1 (de) * 1986-10-09 1988-04-21 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der dicke eines bandfoermigen oder plattenfoermigen werkstueckes
US5440929A (en) * 1993-11-22 1995-08-15 Industrial Technology Research Institute Ultrasonic device for measuring thickness of a tank bottom flat plate
WO1997013145A1 (en) * 1995-10-04 1997-04-10 Sunlight Ultrasound Technologies Limited Ultrasonic device for determining bone characteristics
EP0878691A1 (de) * 1997-05-14 1998-11-18 Marmirt Ltd. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines mehrschichtigen metallischen Werkstücks
US6221019B1 (en) 1995-10-04 2001-04-24 Sunlight Ultrasound Technologies Limited Ultrasonic device for determining bone characteristics
WO2008064671A1 (de) * 2006-12-01 2008-06-05 Inoex Gmbh Messverfahren zur bestimmung der wanddicke eines extrudierten kunststoffprofils
WO2010026253A1 (de) 2008-09-05 2010-03-11 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Impulsechoverfahren mittels gruppenstrahler und temperaturkompensation
DE102008041831A1 (de) 2008-09-05 2010-03-25 Ge Inspection Technologies Gmbh Impulsechoverfahren mit Ermittlung der Vorlaufkörpergeometrie
DE102010037981A1 (de) * 2010-10-05 2012-04-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Ultraschallmessverfahren und -vorrichtung, insbesondere zur Aushärtungsüberwachung und Laminatdickenbestimmung bei der Faserverbundteilfertigung
EP3470775A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-17 Flexim Flexible Industriemesstechnik GmbH Verfahren und messanordnung zur messung von schichtdicke und schallwellengeschwindigkeit in ein- oder mehrlagigen proben mittels ultraschall ohne a-priori kenntnis der jeweils anderen grösse
DE102019126833A1 (de) * 2019-10-07 2021-04-08 A.L.L. Lasersysteme GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Charakterisieren von metallenen Materialien

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398421A (en) * 1981-12-23 1983-08-16 Hartford Steam Boiler Inspection And Insurance Company Ultrasonic thickness measuring apparatus and method
US4413517A (en) * 1979-07-30 1983-11-08 Sonic Instruments, Inc. Apparatus and method for determining thickness
DE3327526A1 (de) * 1982-09-30 1984-04-05 Krautkrämer GmbH, 5000 Köln Verfahren und ultraschallmesseinrichtung zur bestimmung der wanddicke oder schallgeschwindigkeit von werkstuecken

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4413517A (en) * 1979-07-30 1983-11-08 Sonic Instruments, Inc. Apparatus and method for determining thickness
US4398421A (en) * 1981-12-23 1983-08-16 Hartford Steam Boiler Inspection And Insurance Company Ultrasonic thickness measuring apparatus and method
DE3327526A1 (de) * 1982-09-30 1984-04-05 Krautkrämer GmbH, 5000 Köln Verfahren und ultraschallmesseinrichtung zur bestimmung der wanddicke oder schallgeschwindigkeit von werkstuecken

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.V. Korolev et al., Ultrasonic "Tickness Gauging without Standards in the USSR, 10th World Conference on non-destructive Testing, Moscow 1982, p. 50 bis 59 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634374A1 (de) * 1986-10-09 1988-04-21 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der dicke eines bandfoermigen oder plattenfoermigen werkstueckes
US5440929A (en) * 1993-11-22 1995-08-15 Industrial Technology Research Institute Ultrasonic device for measuring thickness of a tank bottom flat plate
WO1997013145A1 (en) * 1995-10-04 1997-04-10 Sunlight Ultrasound Technologies Limited Ultrasonic device for determining bone characteristics
US6221019B1 (en) 1995-10-04 2001-04-24 Sunlight Ultrasound Technologies Limited Ultrasonic device for determining bone characteristics
EP0878691A1 (de) * 1997-05-14 1998-11-18 Marmirt Ltd. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines mehrschichtigen metallischen Werkstücks
US6070466A (en) * 1997-05-14 2000-06-06 Scanmaster Systems (Irt) Ltd. Device for ultrasonic inspection of a multi-layer metal workpiece
WO2008064671A1 (de) * 2006-12-01 2008-06-05 Inoex Gmbh Messverfahren zur bestimmung der wanddicke eines extrudierten kunststoffprofils
WO2010026253A1 (de) 2008-09-05 2010-03-11 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Impulsechoverfahren mittels gruppenstrahler und temperaturkompensation
DE102008041835A1 (de) 2008-09-05 2010-03-18 Ge Inspection Technologies Gmbh Impulsechoverfahren mittels Gruppenstrahler und Temperaturkompensation
DE102008041831A1 (de) 2008-09-05 2010-03-25 Ge Inspection Technologies Gmbh Impulsechoverfahren mit Ermittlung der Vorlaufkörpergeometrie
EP2335063B1 (de) * 2008-09-05 2018-01-24 GE Sensing & Inspection Technologies GmbH Impulsechoverfahren mit ermittlung der vorlaufkörpergeometrie
US8739630B2 (en) 2008-09-05 2014-06-03 Ge Sensing & Inspection Technology Pulse-echo method for determining the damping block geometry
US8770027B2 (en) 2008-09-05 2014-07-08 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Pulse-echo method by means of an array-type probe and temperature compensation
DE102010037981A1 (de) * 2010-10-05 2012-04-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Ultraschallmessverfahren und -vorrichtung, insbesondere zur Aushärtungsüberwachung und Laminatdickenbestimmung bei der Faserverbundteilfertigung
DE102010037981B4 (de) * 2010-10-05 2018-02-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Ultraschallmessverfahren und -vorrichtung, insbesondere zur Aushärtungsüberwachung und Laminatdickenbestimmung bei der Faserverbundteilfertigung
EP3470775A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-17 Flexim Flexible Industriemesstechnik GmbH Verfahren und messanordnung zur messung von schichtdicke und schallwellengeschwindigkeit in ein- oder mehrlagigen proben mittels ultraschall ohne a-priori kenntnis der jeweils anderen grösse
WO2019072678A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-18 Flexim Flexible Industriemesstechnik Gmbh Verfahren und messanordnung zur messung von schichtdicke und schallwellengeschwindigkeit in ein- oder mehrlagigen proben mittels ultraschall ohne a-priori kenntnis der jeweils anderen grösse
JP2020537129A (ja) * 2017-10-11 2020-12-17 フレクシム フレクシブレ インドゥストリーメステヒニーク ゲーエムベーハー それぞれ他の値を事前に知ることなく超音波を用いて単層又は多層のサンプルにおける層厚と音波速度を測定するための方法及び測定装置
US11353348B2 (en) 2017-10-11 2022-06-07 Flexim Flexible Industriemesstechnik Gmbh Method and measuring assembly for measuring layer thickness and sound velocity in single- or multilayered samples using ultrasound, without a priori knowledge of the other variable
DE102019126833A1 (de) * 2019-10-07 2021-04-08 A.L.L. Lasersysteme GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Charakterisieren von metallenen Materialien

Also Published As

Publication number Publication date
DE3441894C2 (de) 1987-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1573411C3 (de) Ultraschall-Untersuchungsgerät zur Messung der Dicke von dünnen Werkstücken und der Tiefe von etwaigen oberflSchennahen Fehlstellen
EP0200183B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung ferromagnetischer Körper
DE2643383C3 (de) Schaltanordnung für ein Ultraschall- Impulsechoverfahren zur Messung der Dicke bzw. Schallgeschwindigkeit in Prüfstücken
EP2335063B1 (de) Impulsechoverfahren mit ermittlung der vorlaufkörpergeometrie
DE3787825T2 (de) Verfahren zur Messung von Restspannungen im Stoff eines Prüfobjektes.
DE102008041835A1 (de) Impulsechoverfahren mittels Gruppenstrahler und Temperaturkompensation
DE2035777B2 (de) Gerät zum Messen der Dicke eines Werkstückes mit Hilfe des Ultraschalls
DE3441894C2 (de)
EP0160922B1 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken oder Bauteilen mit Ultraschall und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE2853170C2 (de)
EP0082102B1 (de) Verfahren zum Auffinden defekter Brennstabhüllrohre mit Hilfe von Ultraschall
DE2803045C2 (de) Schaltvorrichtung zur Prüfung von Werkstücken nach dem Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren
DE2129110B2 (de) Verfahren zum Überprüfen von me talhschen Schweißnahten auf Fehler freiheit mittels Ultraschall
DE3924919A1 (de) Akustische linsenvorrichtung
AT520557B1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines korrigierten Werts für die viskositätsabhängige Schallgeschwindigkeit in einem zu untersuchenden Fluid
DE2642650A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenpruefung mit ultraschall
DE1281718B (de) Verfahren zum Ermitteln der Kornverfeinerung in den Randzonen eines stabfoermigen Metallkoerpers
DE2424658C3 (de) Ultraschall-Prüfvorrichtung
DE3715914C2 (de)
DE1573627B2 (de) Ultraschall- Impuls- Echo- oder Durchstrahlungsverfahren für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von elektrisch leitenden Materialien, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Verwendungen des Verfahrens zur Ankopplungskontrolle und zur Dickenmessung des Prüflings
DE3209838A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wanddicke mit hilfe von ultraschallimpulsen
DE8433615U1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Wandstärke und/oder der Schallgeschwindigkeit von Prüfstücken mit Ultraschallimpulsen
DE2710403C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung der Wandstärke von Rohren u.dgl.
EP0158929B1 (de) Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung
DE10109568A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten Wand- und Schichtdickenmessung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: KRAUTKRAEMER GMBH & CO, 5030 HUERTH, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee