DE2035777A1

DE2035777A1 - Schichtstarken Meßgerat

Info

Publication number: DE2035777A1
Application number: DE19702035777
Authority: DE
Inventors: Frank Herbert Abmgdon Berkshire Martin Roger Tilehurst Reading Wells, (Großbn tannien)
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-07-21
Filing date: 1970-07-18
Publication date: 1971-02-04
Also published as: NL169642B; US3690154A; NL169642C; NL7010802A; FR2053051A1; FR2053051B1; DE2035777B2

Description

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2 .5777

PATENTANWÄLTE Telefon= (02 71> 3 2409

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Telegramm-Adr.= Patschub, Sieoen DIPL-ING. DIPL-W.-ING. G. ZWIRNER

59 Si*g«l_f Postfach 325 Bankkonten:

Eiserner Straße 227 Deutsche Bank AG.,

Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

70 076 Kü/A . 17. 7- 1970

UNITEDKINGDOMATOMIG ENERGYAUTHORITY, 11, Charles II Street, Lon d ο η S.W.1 / England

für diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen Patentanmeldungen Nr. 36657/69 vom 21. Juli 1969 und Nr. 50983/69 vom 16. Oktober 1969 in Anspruch genommen.

Schichtstärken-Messgerät

"Background¹¹ der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung von Dickenabmesaungen /thickness/ bzw. Schichtstärken.

Viele Werkstoffe, und insbesondere Metalle, sind in der Lage, elastische Wellen zu tragen oder aufzunehmen, die an den Oberflächen des Werkstoffes reflektiert werden. Eine Technik zum Bestimmen der Dickenabmessung (nachfolgend "Dicke" genannt) solcher Werkstoffe·besteht darin, die Zeit zu messen, die ein kurzer Impuls von Ultraschallenergie braucht, um die Materialdicke au durchqueren und nach der Reflektion von der abgelegenen Materialoberfläche rückzukehren. Die Zeitverzögerung ist proportional der Dicke.

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Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung wird ein Gerät zur Messung der Dicke eines Probestücks, welches in der Lage ist, elastische Wüllen zu tragen, geschaffen, wobei das Gerät sich zusammensetzt aus einer Quelle für impulsförmige elastische, insbesondere Ultraschallsignale, aus einem Detektor für elastische Signale, aus einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Lieferquelle und des Detektors an ein Probestück, wobei die Kopplungseinrichtung so konstruiert und angeordnet ist, daß die Verzögerung zwischen einem ausgesendeten Impulssignal und dem Empfang ^ durch den Detektor des ersten Echos, welches von der Probenoberfläche reflektiert wird, größer ist als die Verzögerung zwischen dem Empfang durch den Detektor von aufeinanderfolgenden Echos, die durch aufeinanderfolgende Beflektionen hin und her zwischen den Oberflächen des Probestücks erzeugt werden.

Vorzugsweise bestehen die Lieferquelle und der Detektor aus einem einzigen Elektro-Ultraschall-Wandler mit einem zugeordneten elektrischen Gerät, um jeweils elektrische Signale zu erzeugen und die Signale dem Wandler zuzuführen bzw. elektrische Signale zu empfangen, die vom Wandler ermittelt werden« Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung so, daß die Verzögerung zwischen einem ausgesendeten Impulssignal und dem Empfang ' durch den Detektor eines ersten Echos zumindest das Fünffache der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos aus dem Innern des Probestücks ist.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Kopplungseinrichtung eine Impedanz gegenüber Ultraschallsignalen hat, welche weniger als ein Zehntel der Impedanz des Werkstoffs des Probestücks beträgt.

Das Gerät ist insbesondere zur Messung der Dicke von Metallen anwendbar, und in diesem Falle wird es vorgezogen, daß die Kopplungseinrichtung einen Polystyrolblock aufweist,

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welcher zwischen der Lieferquelle und dem Iietall-Probestück angeordnet wird.

KurnbeschreitranK der Zeichnungen

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert, und zwar zeigt:

X(T₉ 1 ein schematisches Blockschaltbild des Gerätes, ig. 2 die AusEangsspannungssignale eines mit dem Detektor gekoppelten Empfängers,

Fit,;. 3 eine schematische Vergrößerung eines Teils der Fig. 2,/

Fig. 4 ein volles Blockschaltbild des elektrischen Gerätes nach Fig. 1, die

FiiT-· 5A bis 51 elektrische Signalwellenfona-~Barstelluntten, welche die Signalwellenformen an Punkten A bis I in Fi^. 4 wiedergeben,

Fit~* ό eine elektrische Schaltung anordnung eines Teiles des Gerätes,

Fig. ν die Strom-Spannu2i_t-£-Charakteristik einer Tunneldiode, während

Fif. β eine elektrische Schaltung: saiioi/lnunt; eines anderen Teils des Gerätes wiedergibt.

Beschreibung; des bevorzugten AusführunR-sbeis-piels

Bei diesem Ausführui^beispiel ist das Gerät zum Kessen von Metall und insbesondere Stahl mit einer Dicke im Bereich von 0,25 cn bis 1 cm bestimmt.

Das Gerät weist einen Elektro-ültraschaii-Wandler 11 auf, der mit einer Oberfläche eines Metall-Probestücks 12 über einen Kopplungsblock I3 aus Polystyrol gekoppelt ist.

Der Ultraschall-Wandler 11 wirkt sowohl als Sender für Ültraschall-Signalimpulse als auch als Empfänger von Impulsen, die vom Metall-Probestück reflektiert werden. Der ültraschall-

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Wandler 11 ist mit einem Generator 14· für elektrische Signalimpulse mit der gewünschten Ultraschallfrequenz verbunden und ist außerdem mit einem elektrischen Empfänger/Verstärker 15 gekoppelt, der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches eine Anzeige der Ultraschall-Impulssignale ißt, die vom Wandler 11 empfangen werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Metall Stahl, und das Polystyrol hat eine akustische Impedanz, die geringer als das 0,1-fache der akustischen Impedanz von Stahl ist.

iiach Fig. 2 stellt 16 den Ausgang des Verstärkers 15 in dem Moment dar, wo ein Sendeimpuls erzeugt wird» 1? stellt den Ausgang des Empfängers 15 dar, wobei der Ausgang von dem von der ersten Metalloberfläche herkommenden Echo abgeleitet wird. 18 ist das Echo von der zweiten Metalloberfläche. 19, 21 usw. sind aufeinanderfolgende Echos von der zweiten Metalloberfläche, nachdem aas Signal die Probestückbreite viermal, sechsmal usw, durchquert hat. 26 ist das zweite Echo von der .vorderen Oberfläche des Metalls desjenigen Signals, welches den Polystyrolblock 13 viermal durchquert hat»

Die Länge des Polystyrolblocks wird so gewählt, daß die Verzögerung zwischen dem Sendeimpuls 16 und dem ersten Echo 17 mindestens des Fünffache der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos 17, 18, 19 ist«,

Bei diesem Ausführuagebeispiel wird eine Zeitmessung zur Lieferung einer Anzeige für die Dicke des Metalls dadurch vorgenommen, daß die Verzögerung zwischen den mit 18 und 21 in Fig. 2 markierten Echos gemessen wird«,

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Falls erwünscht, kann man die Messung auch so einrichten, daß sie beim ersten Echo 17 startet, jedoch hat es sich als zufriedenstellender herausgestellt, beim zweiten Echo 18 zu beginnen.

Weiterhin ergibt eine Messung über eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Echos eine verbesserte Genauigkeit, wobei die Beschränkung dadurch festgelegt wird, daß eine ausreichende Signalamplitude von den späteren Echos sichergestellt wird.

Der Verstärkungsfaktor des Empfängers 15 wird so geregelt, daß die Amplitude der Echos, die gemessen werden, konstant gehalten wird, um die Zeitgabegenauigkeit zu verbessern. ■

Die elektronische Zeitgabe jedes Echos wird durch eine Spannungs-Nullstellenermittlung am ersten Spannungs-Nulldurchgang, welcher dem ersten Halbzyklus der Spannungs-Wellenform folgt, genommen. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, wo eine Zeitmessung zwischen den Punkten T1 und T2 erfolgt.

Fig. 4 zeigt das Gerät mehr im einzelnen.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist ein Elektro-Ultraschallwandler 11 an eine Oberfläche eines Metall-Prüflings 12 über einen Kopplungsblock 13 aus Polystyrol gekoppelt. Diese Anordnung, zusamm'en mit dem Generator 14 für elektrische Signalimpulse, entspricht der Fig. 1. Die Ultraschallimpulse .werden durch schnelle Entladung eines Kondensators erzeugt, der auf vierhundert Volt über einen Silizium-gesteuerten Gleichrichter aufgeladen wurde, also durch Schockerregung eines 10-MHz-Kristalls. Die resultierenden "Signale werden durch einen 10-MHz-Bandpassverstärker 31 verstärkt, damit

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sich eine Wellenform A, Fig. 5A, ergibt, die or eineni Verstärker 32 von veränderlichem Verstärkungsfaktor zugeführt und einem Spitzengleichrichter 33 eingespeist wird. Der ßpitzengleichrichter 33 wird während der Senderimpulse geklemmt bzw. gesperrt, so daß das erste Signal, welches er wahrnimmt, das Echo von der Zwischenfläche zwischen dem Probestück 12 und dem Polystyrolblock 13 ist, welches den Pegel eines Hochpegel-Mskriminators 34 überschreitet. und die Schaltung für das erste Echo von der hinteren Oberfläche des Probestücks 12 in Bereitschaft setzt. Nach Spitzengleichrichtung wird dieses erste Echo von der hinteren Oberfläche sowohl in den Hochpegel-Diskriminator 34- als auch in einen Niederpegel-Diskriminator 35 eingespeist.

Wenn das Signal zwischen dem Nieder- und HocMiskriminierungspegel: liegt, wird der Gesamtverstärkungsfaktor des Systems erhöht} wenn, der Hochpegel außerdem überschritten wird, so wird der Verstärkungsfaktor herabgesetzt» Diese Verstärkungsregelung wird bewirkt durch einen automatischen Regelverstärker 36 unter der Steuerung einer logischen Schaltung 37 zum Ermitteln der Kriterien der Hoch- und Miederpegel-Di skr iminat or en 34, 35· Eine automatische Verstärkungsfaktorregelung wird außerdem durch den Ausgang eines Bigital-Analog-Wandlers 38 in einer weiter unten beschriebenen Weise bewirkt.

Das Gerät mißt effektiv die "Flugzeit" von Ultraschallimpulsen quer durch das Probestück durch Messung der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos von der hinteren Oberfläche des Probestücks«,

Ein Zeit-Bezugswert wird bei jedem Echo durch einen Nullstellendetektor 39 aufgebaut. Ein Schema des Kullstellendetektors 39» unter Verwendung einer Tunneldiode 41, ist in Fig, dargestellt. Die Tunneldiode 41 ist in Vorxfärtsrichtung mit

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Strom von einem Traneistor T3 her vorgespannt, so daß sie am Punkt ¹¹A" auf ihrer Kennlinie, Fig. 7»sitzt. Eine ausreichend große negative Exkursion des Eingangssignals reduziert den Vorwärtsstrom durch die Tunneldiode 41 hindurch, bis er den Punkt B erreicht, wobei die Tunneldiode 44 veranlaßt wird, in ihren negativen Widerstandsbereich einzutreten, wobei siejauf Punkt C kippt, woraufhin der Transistor T1 auf Kosten des Transistors T2 leitet. Fängt das Eingangs-» signal an, positiv zu werden, dann nimmt der Vorwärtsstrom durch die Tunneldiode 41 hindurch zu, und wenn der Vorspannstrom, der durch den Transistor TJ geliefert wird, richtig ausgewählt ist, so kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Tunneldiode 41 den Punkt D auf ihrer Kennlinie erreicht , wenn das Eingangssignal den Spannungs-Nullpunkt passiert. An diesem Punkt kippt die Tunneldiode 41 wieder auf den Punkt ¹¹A" auf ihrer Charakteristik bzw. Kennlinie zurück, wobei der Strom vom Transistor T1 auf den Transistor T2 schaltet, und wobei die positive Kante bzw. Flanke, die am Kollektor des Transistors TI erzeugt wird, als Zeit-Bezuß-swert verwendet wird. Bar erste Impuls -yoa .Kullstellendetektor 39 nach dem ersten Probenscüokeclio wird dazu verwendet , eine bistabile Schaltung 42 einzustellen. Die bistabile Schaltung 42 wird durch einen Übergangsimpuls rückgestellt, nachdem eine voreingestellte Anzahl von Übergängen stattgefunden hat.

Wie aus'Fig. 4 hervorgeht, wird der zwangsläufige Betrieb der bistabilen Schaltung 42 bei den erforderlichen Nullstellen mit Hilfe einer zweiten bistabilen Schaltung 43 sichergestellt. Somit wird die zweite bistabile Schaltung 43 durch ein Signal von einer logischen Schaltung 3? bei Empfang des ersten Echos von der hinteren Oberfläche des Probenstücks eingestellt. Der Ausgang der eingestellten bistabilen Schaltung A3 wird durch ein UND-Tor ^A- mit dem Ausgang des Nullstellendetektors 59 kombiniert, damit sich ein zeitmäßig eindeutiges Einstell-

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- 8 signal für die bistabile Schaltung 42 ergibt.

Die zweite bistabile Schaltung 43 wird durch einen Signalausgang eines voreingestellten Zählers 45 rückgestellt, und der sich daraus ergebende Ausgang wird durch ein UND-Tor 46 mit dem Ausgang des Nullstellendetektors 39 kombiniert, damit sich ein zeitlich eindeutiges Einstellsignal für die bistabile Schaltung 42 ergibt.

Durch Messen der Flugzeit über eine Anzahl von Echos hinweg wird eine bessere Genauigkeit erzielt. Die verwendete Anzahl von Echos ist abhängig von der Qualität des Ultraschallsignals}' eine Messung von zweien ist gewöhnlich möglich, doch kann sich in günstigen Fällen die Messung auch über vier Echos hinweg erstrecken. Der Ausgang des voreingestellten Zählers 45, der dazu verwendet wird, die Anzahl von Übergangsimpulsen zu zählen, wird durch den Digitalwandler 38 entschlüsselt, um ein Signal (Wellenform der Fig. 5D) für automatische Verstärlamgsfaktorregelung zu erzeugen, um die Amplitude der bei der Übergangsstellenmessung verwendeten Echos auf den gleichen Pegel zu bringen. Wenn auch der Zeit-Bezugswert, der durch den Tunneldioden-Nullsteilendetektor erzeugt wird, von der Amplitude des |i Eingangssignals unabhängig ist, kann doch durch Stabilisierung der Eingangsamplitude der Grenzwert des Übergangsstellendetektors höher als sonst eingestellt werden, wobei sichergestellt wird, daß keine Störflecke auf der Grundlinie vorhanden sind, die zu ungewollten Übergangsimpuls entführen . könnten.

Die durch den Nullstellendetektor erzeugte Flugzeitinformation ist nur wenige MikroSekunden lang, und um dies digital darzustellen, würde eine Uhr- bzw« Taktfrequenz von Hunderten von MHz erforderlich sein, damit der quantitative Fehler beispielsweise gleich 0,0003 cm ist» Zum Beispiel be-

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trägt die Flugzeit über zwei Echos hinweg für Schmiedestahl mit einer Dicke von 0,3 cm annähernd 1,7 Mikrosekunden. Eine !Taktfrequenz von 600 MHz würde für eine Auflösung von 0,0003 cm in der kleinsten "bedeutenden Stelle erforderlich sein. Um die Taktfrequenz vernünftiger bzw. annehmbarer zu machen (10 MHz), wird der Flugzeitimpuls vom Nullstellendetektor in einer Analog-Zeitstreckschaltung 47 vervielfältigt, welche in !ig. 8 dargestellt ist. Der Flugzeitimpuls wird dazu verwendet, ein durch den Transistor T7 definierten Strom vom Transistor T6 auf TJ? zu schalten. Ein Kondensator 0 wird bis zum Ende des Flugzeitimpulses negativ entladen, wobei die deponierte Menge der Ladung proportional der Flugzeit ist. Der Kondensator 0 wird durch einen konstanten Strom wieder aufgeladen, welcher durch einen Transistor T4 (Wellenform in Fig. 5H) definiert ist, und wenn die Spannung am Kondensator auf ihre ursprüngliche Höhe zurückkehrt, dann kehrt ein Diskriminator 48, dessen Ausgang (Wellenform in Fig. 51) vom hohen in den niedrigen Zustand bei Beginn des Flugzeitimpulses geschaltet wird, in den hohen Zustand zurück, Das Verhältnis zwischen der Entlade- und Wiederaufladezeit des Kondensators 0 ist das Verhältnis zwischen den Entladungs- und WMeraufladungsströmen. Durch Subtrahieren der Flugzeit vom Diskriminatorausgang wird ein Impuls, dessen Dauer gleich der Wiederaufladezeit ist, erhalten und ist gleich der Flugzeit mal dem Verhältnis zwischen den Entlade- und Wiederaufladeströmen. Für Schmiedestahlmessung über zwei Echos hinweg, bei Verwendung einer Taktfrequenz von 10 MHz, ist eine 60-fache Expansion bzw. Streckung für eine Auflösung von 0,0003 cm notwendig. Eine Kalibrierung bzw. Eichung des Instrumentes kann durch Änderung des Streckverhältnisses bewirkt werden, um Differenzen in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschall vom einen Werkstoff zum anderen zu berücksichtigen.

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Eine Dicke im Bereich von 0,2 cm bis 2,0 cm kann bis zu einer Genauigkeit von 0,0003 cm gemessen werden. Die untere Grenze wird gesetzt durch, die Breite des Ultraschallechos, welches bei Verwendung eines 10-KHz-Kristalls erzielt wird, die obere durch den dynamischen Bereich der gestreckten Zeit. Die obere Grenze ist nicht fundamental bzw. wesentlich und kann leicht ausgedehnt werden, wobei die äußerste Grenze durch die Dämpfung der akustischen Verzögerung beherrscht wird, da diese Verzögerung lang genug sein muß, um zumindest drei Nachhalle (für den Pail, wo . der Plugzeitwert zwischen benachbarten Echos gemessen wird) * innerhalb des Probenstücks vor dem zweiten Zwischenflächenecho zu enthalten. Die untere Grenze kann dadurch ausgedehnt werden, daß ein Kristall mit höherer Frequenz verwendet wird.

Ein Digitalausgang bei 49, l*ig« 4-, wird dadurch erhalten, daß ein 10-MHz-Taktgeber 51 mit dem Zeitstreckerausgang getort wird. Der Digitalausgang ist für eine geradlinige numerische Wiedergabe geeignet oder kann in irgendeine Digitaldaten-Beiiandlungsvorrichtung eingespeist werden. Wenn man von einer Bedienungsperson erwartet, daß sie die Daten interpretiert, so kann das nicht leicht sein, insbesondere dann, wenn sich die Daten schnell ändern, wenn das ■ |f Werkstück abgetastet wird. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit kann eine kombinierte Digital-Analog-Wiedergabe, unter Verwendung eines Auslöse- und Zählgerätes bzw. eines Impulszählers mit Schaltvorrichtung/scaler/ und eines Null-ablesenden Meßgerätes,verwendet werden» Der voreingestellte Impulszähler wird dazu verwendet, ein Zeitintervall durch Zählen von Taktimpulsen festzulegen bzw« zu bestimmen, bis eine voreingestellte Anzahl erschienen ist. Die Zahl der Impulse wird durch einen vierdekadischen Daumenradschalter bestimmt. Das vom Impulszähler erzeugte Zeitintervall wird mit dem Ausgang des Zeitstreckers in einer exklusiven ODER-Schaltung verglichen. Der Ausgang der exklusiven ODEß-Schal-

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tung ist die algebraische Summe der beiden Wellenformen und dient daau, über einen Integrator ein Meßinstrument mit Nullpunkt in der Mitte anzutreiben· Wenn die beiden Wellenformen die gleiche Länge haben, dann ist der Ausgang des Integrators null, differieren sie aber, so wird das Meßinstrument von null in eine positive Richtung zum Ausschlag gebracht, wenn die Zeitstrecker-Wellenform langer als das Zeitintervall des voreingestellten Impulszählers ist, und umgekehrt. Es ergibt sich, daß, wenn das Meßinstrument null liest, die Dicke durch die*Anzahl von Taktimpulsen gegeben ist, welche vom voreingestellten Impulszähler gezählt werden, d.h. durch die Anzahl, die in den Daumenradschaltern wiedergegeben ist. Der Meßinstrument-Ausschlag kann so geeicht werden, um die Änderung in der Dicke von einer gewissen mittleren Dicke, die am voreingestellten Impulszähler eingestellt ist, wiederzugeben, wenn das Werkstück abgetastet wird. Alternativ kann das Meßinstrument mit einer geeigneten Zeitkonstanten gedämpft werden, so daß die mittlere Dicke gemessen werden kann, wenn ein gegebener Flächenbereich des Werkstücks wiederholt abgetastet wird. Diese Art Wiedergabe ist für eine On-Mne-Messung geeignet, da die Bedienungsperson lediglich die erforderliche Dicke am voreingestellten Impulszähler einzustellen und das Werkstück spanabhebend zu bearbeiten hat, bis das Meßinstrument null liest.

Wie bei allen Ultraschall-Meßgeräten, ist eine gute Kopplungsverbindung zwischen der Ultraschallsonde und den Werkstück erforderlich, wenn eine ausreichende Ultraschallenergie in das Werkstfück hinein übertragen werden soll. Da der oben beschriebene Dickenmesser eine akustische Verzögerung zwischen der Ultraschallsonde und dem Werkstück erfordert, kann ein Strömungsmittel-Koppler verwendet werden, wobei auf diese Weise die Probleme des Abtastens vermindert werden.

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Beim vorangegangenen Ausführungsbeispiel haben Variationen in dieser akustischen Verzögerung, wenn das Werkstück abgetastet wird, keine Auswirkung auf die Messung. Dieses ist ein Aspekt eines wichtigen allgemeinen Vorteile des Gerätes, nämlich daß der Übertragungsimpuls bzw. ßendeimpuls nicht als ein Bezugswert bei. der Zeitgebung verwendet wird, so daß Ungenauigkeit infolge des Senders und der Kopplung des Senders mit der Probenoberfläche vermieden werden. Glücklicherweise ist in Fällen, wo eine On-Line-Messung gemacht wird, während das Probenstück spanabhebend bearbeitet wird, gewöhnlich eine Menge Schneidflüssigkeit vofJianden, die rundherum fließt und als Kupplungsmittel zwischen der Sonde und dem Werkstück verwendet werden kann. Die automatische Verstärkungsregelung setzt Veränderungen in der Signalstärke infolge Änderungen in der Wirksamkeit der Kopplung, wenn das Werkstück abgetastet wird, auf ein Mindestmaß herab, und die automatische Verstärkungs-Hegelwellenform kann überwacht werden, und es kann eine Anzeige gegeben werden, wenn immer das Ultraschallsignal sich innerhalb annehmbarer Grenzen für einen zufriedenstellenden Betrieb befindet.

Daß man eine reiche Zufuhr von Schneidflüssigkeit hat, um als Kupplungsmittel zu wirken, ist ein Vorteil, kann aber auch ein behinderndes Übel sein, wenn diese mit der Seite des Probenstücke, die der Ultraschallsande abgelegen ist, in Berührung kommt. Ein Kopplungsmittel auf dieser hinteren Fläche kann die rückkehrenden Echos beeinträchtigen, was zu falschen Flugzeitdaten führt. Ein einfaches Verfahren, dieses Problem zu überwinden, besteht darin, einen Luftstrahl auf die hintere Oberfläche zu richten, vm dede Schneidflüssigkeit wegzublasen, die sich dort anzusammeln sucht_β

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten des vorbeschriebenen Ausführungsb eispieis beschränkt, sondern betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch Λ umrissenen Aus führungs form und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen —· oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Pat ent ansprüche

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Claims

• - 14 -.
70 076 Kü/A 17.7.1970

Patentansprüche

G.

Gerät zum Messen der Dicke bzw. Schichtstärke eines Werkstücks, welches in der Lage ist, elastische Wellen zu tragen, wobei das Gerät eine Lieferquelle für impulsförmige elastische Signale, einen Detektor für elastische Signale r sowie eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Lieferquelle und des Detektors an ein Werkstück aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (13) so konstruiert und angeordnet ist, daß die Verzögerung zwischen einem ausgesendeten Impulssignal (16) und dem Sapfang dussh des Betek= tor eines ersten Echos (17)» welches von der Werkstückoberfläche reflektiert wird, größer ist als die Verzögerung zwischen dem Empfang durch den Detektor von aufeinanderfolgenden Echos (18, 19, 21), die von aufeinanderfolgenden fieflektionen hin und zurück zwischen den Oberflächen des Werkstücks (12) erzeugt werden.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lieferquelle (11, 14) eine Quelle für Ultraschallsignale aufweist.
3. Gerät nach "Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lieferquelle (11, 14) und der Detektor (11, 15) von einem einzigen Elektro-Ültraschall-Wandler (11) mit einem zugeordneten elektrischen Gerat (14, 15) Jeweils für die Erzeugung elektrischer Signale und Übermittlung der Signale nach dem Wandler bzw. sum Empfangen elektrischer Signale, die durch den Wandler ermittelt werden, gebildet sind·

- 15-
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (13) so ist, daß die Verzögerung zwischen einem ausgesendeten Impulssignal (16) und dem Empfang des ersten Echos (17) durch den Detektor mindestens das l?ünffache der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos (18, 19* 21) aus dem Inneren des Werkstücks (12) "beträgt·
5· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (13) eine Impedanz gegenüber den elastischen Signalen aufweist, die geringer als ein Zehntel der Impedanz des Werkstoffs des Werkstücks (12) ist·
6· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungeeinrichtung (13) einen Polystyrolblock aufweist, der zwischen der Lieferquelle (11) und dem Werkstück (12) angeordnet ist.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang vom Detektor (11, 15) mit einer Einrichtung (33 bis %9) zum Hessen der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos (18, 19,21) von der hinteren Oberfläche des Werkstücks (12) gekoppelt ist.
8. Gerat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eum Hessen der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Echos einen Nullstellendetektor (39) zum Aufbau eines Zeit-Bezugswertes bei jedem Echosignal enthält.

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9· Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (Fig. 5F) vom Nullstellendetektor (39) durch einen voreingestellten Zähler (45) gezählt werden und eine bistabile Schaltung (42) so geschaltet ist, daß sie bei Ermittlung des ersten Echos geschaltet und bei Ermittlung des "n"-ten Echos, wie durch die Einstellung des voreingestellten Zählers (45) festgelegt, rückgestellt wird, derart, daß die Dauer des Ausgangssignals (Fig* 5G) der bistabilen Schaltung (42) proportional der Flugzeit von ^Mn" Echos ist.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Fig. 5G) der bistabilen Schaltung (42) einer Zeitstreckschaltung (47) zugeführt wird und durch Zählen von Signalen von einem Taktimpulsgenerator (51) her über die Dauer des zeitgestreckten Signalsausgangs (Fig. 51) hinweg gemessen wird.

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