NL8200586A - Omzetter van elektrische in mechanische trillingen ten behoeve van het niet-destructief onderzoek van objecten. - Google Patents

Description

Λ * * * N.0. 30224 1

Aanvraagster noemt als uitvinders: G.F. J. van Bochove en P.A.A.M. Somers.

Omzetter van elektrische in mechanische trillingen ten behoeve van het niet-destructief onderzoek van objecten.

De uitvinding heeft betrekking op een omzetter van elektrische in mechanische trillingen ten behoeve van het niet-destructief onderzoek van objecten, in het bijzonder gelijmde verbindingen tussen 2 of meerdere platen of tussen platen en een honingraatstructuur, met behulp van 5 een polykristallijne, piëzo-elektrische schijf, die voorzien is van ten opzichte van elkaar geïsoleerde elektroden op de kopvlakken, welke schijf door middel van een ophanging bevestigd is in een opneemelement, dat voorzien is van een verend orgaan dat via een metalen pen centraal tegen het ten opzichte van het opneemelement inwendige kopvlak van de 10 schijf aandrukt.

Een dergelijke omzetter is beschreven in het Nederlandse octrooi-schrift 101.143. Deze omzetter is in het bijzonder ontworpen om met de hand op het oppervlak van het te onderzoeken object te worden geplaatst. Het te onderzoeken object kan bijvoorbeeld bestaan uit een 15 verlijmde gelaagde constructie waarvan de kwaliteit van de lijnverbindingen door middel van de omzetter moet worden gecontroleerd. Daarbij wordt de omzetter met de hand op het oppervlak geplaatst en daarna aangedrukt met een zodanige kracht* dat de in de groeven van de piëzo-elektrische schijf instekende uiteinden van de metalen tongen, die bij deze 20 bekende omzetter tot de ophanging van de piëzo-elektrische schijf behoren, loskomen van de uiteinden van de groeven, zodat de piëzo-elektrische schijf een niet door de ophanging gehinderde trilling kan uitvoeren.

De twee elektroden van de piëzo-elektrische schijf zijn tijdens 25 bedrijf verbonden met een frequentiezwaaigenerator. Na de bovenbeschreven plaatsing van de omzetter op het te onderzoeken object zal deze frequentiezwaaigenerator een over een vooraf bepaald gebied in frequentie variërend elektrisch signaal afgeven aan de piëzo-elektrische schijf. De piëzo-elektrische schijf zal daardoor een mechanische tril-30 ling gaan uitvoeren. Bij een bepaalde frequentie zal de schijf in resonantie komen. Deze resonantiefrequentie en de demping van de door de schijf uitgevoerde trilling zijn in het bijzonder afhankelijk van de veerconstante van de onderliggende verlijmde constructie en derhalve afhankelijk van de kwaliteit van de lijmverbinding van het te onderzoe- \ 35 ken object. Om een goede overdracht van de mechanische trillingen tus- 8200586 t * 2 sen de piëzo-elektrische schijf en het te onderzoeken object te verkrijgen wordt allereerst het oppervlak van het te onderzoeken object met een kwastje ingesmeerd met overdrachtsvloeistof, bijvoorbeeld een geschikte olie.

5 De minimale aandrukkracht, waarmee de bekende omzetter op het ob ject moet worden gedrukt om de piëzo-elektrische schijf los te maken van de uiteinden van de metalen tongen, wordt bepaald door de voorspanning waarmee de veer in de rusttoestand de metalen pen tegen de piëzo-elektrische schijf drukt. De maximale aandrukkracht hangt af van de 10 stijfheid van deze veer. Omdat de omzetter met de hand tegen de te onderzoeken constructie wordt gedrukt zal, ook bij geoefend personeel, de aandrukkracht niet reproduceerbaar zijn. Dit zal in ieder geval invloed hebben op de demping van de resonantietrilling van de piëzo-elektrische schijf. Verder zullen zowel de resonantiefrequentie als ook de demping 15 van de resonantie-trilling van de omzetter worden beïnvloed in het geval de omzetter enigszins schuin tegen het te onderzoeken object wordt aangedrukt. Vanwege het feit dat de aandrukkracht niet reproduceerbaar is en de omzetter in de meeste gevallen niet exact loodrecht op het te onderzoeken voorwerp wordt gedrukt zullen er ongewenste afwijkingen in 20 het meetresultaat ontstaan. Het is zelfs mogelijk dat een bedienings-persoon door meer of minder krachtig aandrukken of meer of minder schuin houden van de omzetter de aanvankelijk gemeten demping van de resonantiefrequentie verschuift in de richting van de gewenste waarde en daardoor tot een ander meetresultaat komt dan met de feiten in over-25 eenstemming is.

Verder zal de meting worden beïnvloed door de dikte van de tussen de omzetter en het te meten object aanwezige laag van overdrachtsvloeistof. Het zal duidelijk zijn dat ook bedieningspersoneel met een zekere ervaring in het hanteren van de omzetter niet altijd een even dikke ge-30 lijkmatige laag van vloeistof zal aanbrengen.

Ook de tijd die verstrijkt tussen het plaatsen van de omzetter en het aflezen van het meetresultaat heeft, vanwege eventueel optredende overgangsverschijnselen, invloed op de meting.

De uitvinding heeft nu ten doel een omzetter van in de aanhef ge-35 noemde soort op de in het bovenstaande genoemde punten te verbeteren.

Aan deze doelstelling wordt bij een omzetter van in de aanhef genoemde soort voldaan, doordat het opneemelement in de richting loodrecht op het te onderzoeken object beweegbaar tussen een ingestrokken en een uitgestoken positie is gelagerd in een houder die deel uitmaakt 40 van een arm van een positioneereenheid, zodanig dat althans de piëzo- 8200586 ·» -j* 3 elektrische schijf op elke positie bulten deze houder uitsteekt en het opneemelement in de ingetrokken rusttoestand is voorgespannen, met behulp van welke arm het opneemelement tot op korte afstand van het te onderzoeken object wordt gebracht, en de houder voorzien is van aan-5 drijfmiddelen voor het bewegen van het opneemelement vanuit de ingetrokken positie in de richting van de uitgestoken positie tot een zodanige positie is bereikt dat de piëzo-elektrische schijf met vooraf bepaalde en via een stuureenheid instelbare kracht tegen het te onderzoeken object wordt gedrukt.

10 De uitvinding zal in het volgende worden verduidelijkt aan de hand van een in de figuur geïllustreerd uitvoeringsvoorbeeld.

In deze figuur is 1 een binnenhuis van isolerend materiaal die gemonteerd is in een buitenhuis 2 met behulp van een borgmoer 3, die op de bovenzijde van de binnenhuis 1 is geschroefd. In deze binnenhuis 1 15 bevindt zich een metalen pen 4 die door een veer 5 tegen een piëzo-elektrische schijf 6 wordt gedrukt. Deze veer 5 rust aan de andere kant tegen een staaf 5' die instelbaar in de binnenhuis 2 ingeschroefd is en waarmee de voor spanning van de veer 5 kan worden ingesteld. De piëzo-elektrische schijf 6 draagt aan het inwendige kopse oppervlak een eer-20 ste metalen elektrode, die dus elektrisch in verbinding staat met de metalen pen 4, en draagt aan het uitwendige kopse oppervlak een tweede metalen elektrode. De schijf 6 is in de geïllustreerde uitvoeringsvorm ter plaatse van het manteloppervlak voorzien van een aantal langsgroe-ven 7, die op enige afstand van het inwendige kopse oppervlak van de 25 schijf 6 eindigen. De metallisering van het uitwendige kopse oppervlak is in de groeven voortgezet tot aan het einde van deze groeven. Deze groeven werken samen met naar het mantelvlak van de schijf 6 toe gerichte uiteinden 8 van metalen tongen 9 waarvan de bovenuiteinden op niet in detail aangegeven wijze via de ring 10 verbonden zijn met de 30 buitenhuis 2.

Deze gehele combinatie, die in het voorgaande aangeduid is met de term "opneemelement” is axiaal verschuifbaar gelagerd in een houder bestaande uit een cylinderdeel 11 en een sluitkap 12. Het cylinderdeel 11 is voorzien van een getrapte doorlopende boring, die in de figuur van 35 boven naar beneden verdeeld is in een eerste bovenste sectie met relatieve grote diameter, een tweede sectie met kleinere diameter bestemd voor opname van een lager 13, dat met behulp van een veerring 14 is geborgd, een derde sectie met nog kleinere diameter, een vierde sectie met een grotere diameter dan de derde* sectie maar kleinere diameter dan 40 de vijfde sectie, welke vijfde sectie een diameter heeft die in deze 8200586 « '» 4 uitvoeringsvorm gelijk is aan die van de tweede sectie. In deze vijfde sectie bevindt zich een tweede lager 15 dat door middel van een tweede veerring 16 is geborgd.

Zoals blijkt uit de figuur is de buitenhuis 2 voorzien van een 5 uitstekende ring 17 die integraal gevormd is met de buitenhuis 2 en gepositioneerd is in de vièrde sectie van de boring. In deze vierde sectie bevindt zich tevens een veer 18 die ingespannen is tussen de ring 17 en het lager 15 en die ervoor zorgt dat de ring 17 wordt aangedrukt tegen de schouder 19 tussen de derde en vierde boringsectie.

10 De buitenzijde van het cylinderdeel 11 is in benedenwaartse rich ting taps toelopend gevormd en dit cylinderdeel 11 is gepositioneerd in een ringelement 21 dat deel uitmaakt van een verder niet in detail weergegeven positioneerelement. Dit ringelement 21 is voorzien van een eveneens taps toelopende boring waarin het tapse cylinderdeel 11 past. 15 Het cylinderdeel 11 is voorzien van uitstekende delen 20 die aangrijpen onder de haakvormige rand 22 van de ring 21 zodanig dat het cylinderdeel 11 in deze ring 21 op bekende wijze kan worden vastgezet.

De ring 21 is voorzien van een boring 23 die via het aansluitge-deelte 23' gekoppeld kan worden met een verder niet geïllustreerde lei-20 ding voor toevoer van een onder druk staand fluïdum, bijvoorbeeld perslucht of hydraulische vloeistof. De boring 23 mondt uit in een ringvormige uitsparing 25 in de wand van de tapse boring in de ring 21. Het cylinderdeel 11 is voorzien van een vertikale boring 24 waarvan het onderuiteinde uitmondt in deze uitsparing 25. Het bovenuiteinde van de 25 boring 24 staat in verbinding met de boring 26 in een steunelement 27 dat aangebracht is tegen de binnenwand van de bovenste boringsectie van het cylinderdeel 11. Bovenop dit steunelement 27 is een hydraulische of pneumatische eenheid 28 geplaatst waarbij een pakkingring 31 zorgt voor een lekvrije verbinding. Deze hydraulische of pneumatische eenheid 28 30 is voorzien van een zuiger 33 waarvan in de figuur een deel zichtbaar is. Deze zuiger 33 drukt via een isolatieblokje 34 tegen een zuiger-stang 29 waarvan het onderuiteinde aanrust tegen de bovenzijde van het opneemelement. Wordt er via de verbindingsweg 24, 23, 25, 24, 26 druk toegevoerd aan de pneumatische of hydraulische eenheid 28 dan zal de 35 zuigerstang 29 zich in benedenwaartse richting verplaatsen waardoor de opneemeenheid als geheel, glijdend in de lagers 13 en 15 in benedenwaartse richting zal verplaatsen tegen de kracht van de voorspanveer 18 in. Wordt de druk gereduceerd dan zal de voorspanveer 18 de opneemeenheid terug brengen naar zijn uitgangspositie waarbij de ring 17 rust 40 tegen de schouder 19. In het geïllustreerde uitvoeringsvoorbeeld is de 8200586 5 hydraulische of pneumatische eenheid 28 gemonteerd in de kop 12.

De in het bovenstaande beschreven inrichting wordt nu als volgt gebruikt. Het behulp van de niet in de figuur weergegeven positióneer-eenheid waartoe de ring 21 behoort wordt de omzetter volgens de uitvin-5 ding tot op korte afstand boven het te onderzoeken object geplaatst. Vervolgens wordt met behulp van een niet getoonde doserende straalin-richting een gedoseerde hoeveelheid contactvloeistof op dit oppervlak gespoten op die plaats waar de piëzo-elektrische schijf tegen dit oppervlak zal worden gedrukt. Na een vooraf bepaalde wachttijd, gedurende 10 welke de vloeistof de gelegenheid krijgt om zich over het oppervlak uit te spreiden wordt de druk in de pneumatische of hydraulische eenheid 28 via het beschreven fludumcommunicatiestelsel verhoogd zodat de opnemer bestaande uit de onderdelen 1 tot en met 9 in axiale richting wordt verplaatst tussen de lagers 13 en 15 totdat de piëzo-elektrische schijf 15 6 via de op het oppervlak opgespoten contactvloeistof in contact komt met het te onderzoeken object. Bij voortzetting van de benedenwaartse beweging van de zuigerstang 29 zullen, nadat de piëzo-elektrische schijf 6 via de contactvloeistof met het oppervlak contact heeft gemaakt, de uiteinden 8 van de metalen tongen 9 los komen van de boven-20 uiteinden van de groeven 7. Dit raken van de contactvloeistof zal als een plotselinge toename van de demping van de door de piëzo- elektrische schijf uitgevoerde trilling gedetecteerd kunnen worden. Vanaf dit moment zal de druk zodanig, worden geregeld dat de zuigerstang 29 zich nog over een vooraf bepaalde afstand in benedenwaartse richting beweegt 25 teneinde de piëzo-elektrische schijf 6 met een vooraf bepaalde voor-spanning, opgewekt door de veer 5 tegen het te onderzoeken object aan te drukken. Vervolgens wordt de omzetter in deze stand gehandhaafd gedurende een vooraf bepaalde periode. Deze periode is nodig om eventuele overgangsverschijnselen te laten wegebben. Aan het einde van deze peri-30 ode wordt de resonantiefrequentie van de piëzo-elektrische schijf 6 alsmede de relatieve sterkte van het signaal afkomstig van de piëzo-elektrische schijf 6 geregistreerd en wordt door drukvermindering in de drukeenheid 28 de omzetter teruggebracht naar zijn beginpositie. Daarna is de eenheid klaar voor het uitvoeren van een volgende meting.

35 Deze gehele werking van de omzetter wordt bestuurd door een stuur- eenheid die in werking komt zodra de niet getoonde positioneereenheid de omzetter tot op korte afstand van het te onderzoeken object heeft gebracht. Aan deze stuureenheid worden signalen toegevoerd van een meetinrichting. Deze meetinrichting ontvangt op zijn beurt signalen van 40 de piëzo-elektrische schijf 6. Om deze signalen naar buiten te voeren 8200586 6 is in de wand van het cylinderdeel 11 ter plaatse van de eerste boring-sectie of in het deksel 12 een elektrische connector 30 aangebracht.

Via deze connector 30 worden de signalen van de piëzo-elektrische schijf 6 toegevoerd aan de niet getoonde meetinrichting. Zodra deze 5 meetinrichting aan de hand van de dempingsverandering waarneemt dat de piëzo-elektrische schijf zich niet meer in de vrije lucht bevindt zorgt de stuureenheid ervoor dat de aan de pneumatische of hydraulische drukeenheid 28 toegevoerde druk nog met een vooraf bepaalde waarde wordt verhoogd zodanig dat de opnemer nog over een vooraf bepaalde af-10 stand in axiale richting wordt verplaatst. Vervolgens wordt door de meeteenheid een wachtperiode afgemeten en aan het einde van deze periode worden de gewenste gegevens geregistreerd.

Het zal duidelijk zijn dat de geïllustreerde uitvoeringsvorm van de uitvinding slechts een voorbeeld is welk voorbeeld op diverse punten 15 kan worden gemodificeerd zonder buiten het kader van de uitvinding te ' treden.

Het is bijvoorbeeld mogelijk om tussen de veer 5 en de pen 5’ een drukopnemer te plaatsen. De stuureenheid zorgt er dan voor dat de druk in de hydraulische of pneumatische eenheid 28 nu zolang wordt verhoogd 20 totdat de drukopnemer aangeeft dat de piëzo-elektrische schijf met de vooraf bepaalde kracht tegen het oppervlak van het te onderzoeken object drukt. Als de voorspanning van de veer 5 in rusttoestand duidelijk onder deze vooraf bepaalde aandrukkracht ligt, dan zal daarmee gewaarborgd worden dat tijdens de meting de uiteinden van de tongen los zijn 25 van de bovenranden van de groeven in de piëzo-elektrische schijf 6.

In het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld is een pneumatische of hydraulische eenheid toegepast die in principe enkelwerkend kan zijn, dat wil zeggen alleen een kracht in benedenwaartse richting behoeft uit te oefenen omdat de veer 18 voor de kracht in terugwaartse richting 30 zorgt. Het is echter ook mogelijk om een dubbelwerkende pneumatische of hydraulische eenheid 28 te gebruiken. In dat geval kan de terugstelveer weggelaten worden en moet de zuigerstang 29 direct gekoppeld worden met de zuiger 33.

Verder is het mogelijk om in plaats van een hydraulische of pneu-35 matische eenheid 28 gebruik te maken van een veldspoel, samenwerkend met een anker dat bevestigd is aan de bovenzijde van de opnemer. Dit anker kan bijvoorbeeld staafvormig uitgevoerd zijn en vertikaal uitsteken boven de opnemer op de plaats waar in de figuur de zuigerstang 29 is getoond. De veldspoel kan bestaan*uit een solenoïde, geplaatst rond 40 dit anker buiten de omhulling die gevormd wordt door het cylinderdeel 8200586 *r 7 11 en de sluitkap 12. Door de stroom door deze spoel te sturen kan het anker over een grotere of kleinere afstand worden bewogen tegen de kracht van de veer in.

Ook is de uitvinding niet beperkt tot de in de figuur getoonde op-5 hanging van de pneumatische schijf 6.

De bovenbeschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding dient dan ook slechts als voorbeeld zonder dat de uitvinding daartoe wordt beperkt.

8200586

Claims (13)

1. Omzetter van elektrische in mechanische trillingen ten behoeve van het niet-destructief onderzoek van objecten, in het bijzonder, met behulp van een polykristallijne, piëzo-elektrische schijf gelijmde ver- 5 bindingen tussen twee of meerdere platen of tussen platen en een honingraat structuur, die voorzien is van ten opzichte van elkaar geïsoleerde elektroden op de kopvlakken, welke schijf door middel van een ophanging bevestigd is in een opneemelement, dat voorzien is van een verend orgaan dat centraal tegen het ten opzichte van het opneemelement 10 inwendige kopvlak van de schijf aandrukt, met het kenmerk, dat het opneemelement in de richting loodrecht op het te onderzoeken object beweegbaar tussen een ingetrokken en een uitgestoken positie gelagerd is in een houder die deel uitmaakt van een arm van een positioneereenheid, zodanig dat althans de piëzo-elektrische schijf in elke positie buiten 15 deze houder uitsteekt en het opneemelement in de ingetrokken rusttoestand is voorgespannen, met behulp van welke arm het opneemelement tot op korte afstand van het te onderzoeken object wordt gebracht en de houder voorzien is van aandrijfmiddelen voor het bewegen van het opneemelement vanuit de ingetrokken positie in de richting van de uitge-20 stoken positie tot een zodanige positie is bereikt dat de piezo-elek-trische schijf met een vooraf bepaalde en via een stuureenheid instelbare kracht tegen het te onderzoeken object wordt gedrukt.

2. Omzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aandrijf-middelen bestaan uit een dubbelwerkende hydraulische of pneumatische 25 zuiger/cylindereenheid waarvan de zuigerstang gekoppeld is met de bovenzijde van het opneemelement.

3. Omzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aandrijf-middelen bestaan uit een enkelwerkende hydraulische of pneumatische zuiger/cylindereenheid, waarvan de zuiger aandrukt tegen een zuiger- 30 stang die gekoppeld is met de bovenzijde van het opneemelement en dat het opneemelement in de ingetrokken rusttoestand wordt voorgespannen door een veer die enerzijds aangrijpt op het opneemelement en anderzijds aangrijpt op de houder.

4. Omzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aandrijf-35 middelen bestaan uit een elektrische veldspoel en daarmee samenwerkend anker, dat gekoppeld is met het opneemelement.

5. Omzetter volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aandrijfmiddelen worden gestuurd door een geschikte stuureenheid en dat de van de omzetter afkomstige signalen worden toegevoerd 40 aan een meetinrichting, welke tevens dienst doet voor het in trilling 8200586 TT* -f~ brengen van de piëzo-elektrische schijf door middel van een in frequentie variërend signaal.

6. Omzetter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de stuureen-heid een verbinding heeft met de meetinrichting via welke de stuureen- 5 heid signalen krijgt toegevoerd van de meetinrichting op het moment dat de piëzo-elektrische schijf aankomt tegen het te onderzoeken object.

7. Omzetter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat tussen het uiteinde van het verende orgaan en het opneemelement een drukopnemer is aangebracht voor het meten van de kracht waarmee de piëzo-elektrische 10 schijf tegen het te onderzoeken object wordt aangedrukt.

8. Werkwijze voor het onderzoeken van objecten met behulp van de omzetter volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de meetinrichting het moment wordt geregistreerd waarop de piëzo-elektrische schijf tegen het te onderzoeken object aankomt, welk feit wordt 15 geïndiceerd aan de stuureenheid, en dat geen wordt de kracht waarmee de schijf onder de pneumatische of hydraulische druk in de zuiger/cylin-dereenheid cq de stroom door de veldspoel tegen het produkt wordt gedrukt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het feit 20 dat de piëzo-elektrische schijf aankomt tegen het te onderzoeken object wordt gedetecteerd door middel van de verandering in demping van de trilling, die de piëzo-elektrische schijf uitvoert.

10. Werkwijze voor het onderzoeken van objecten met behulp van de omzetter volgens een der conclusies 1 tot en met 7, met het kenmerk, 25 dat de stuureenheid van de omzetter de aandrijfmiddelen zo bekrachtigt, dat in de meetstand van de omzetter de piëzo-elektrische schijf met de vooraf bepaalde kracht tegen het te onderzoeken object aandrukt.

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat na het bereiken van de meetstand van de omzetter, 30 waarin de piëzo-elektrische schijf met de genoemde vooraf bepaalde waarde tegen het te onderzoeken object aandrukt, een vooraf bepaalde tijd wordt gewacht voordat de van de piëzo-elektrische schijf afkomstige signalen als meetgegevens worden geregistreerd.

12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 8 tot en met 35 11, met het kenmerk, dat voor het in de meetstand plaatsen van het op neemelement door de positioneereenheid op het te onderzoeken object door een vloeistofstraaleenheid een vooraf bepaalde hoeveelheid con-tactvloeistof op het te onderzoeken object op de te onderzoeken lokatie wordt gespoten.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 12, met het kenmerk, dat 8200586 'r * 10 een vooraf bepaalde wachttijd wordt aangehouden nadat de vloeistof op het oppervlak van het te onderzoeken object is gespoten. ************* 8200586