DE3126160C2

DE3126160C2 -

Info

Publication number: DE3126160C2
Application number: DE3126160A
Authority: DE
Inventors: Isao Machida Tokio/Tokyo Jp Narushima; Morio Sagamihara Kanagawa Jp Nakano
Original assignee: TEITSU DENSHI KENKYUSHO CO Ltd KAWASAKI KANAGAWA JP
Current assignee: TEITSU DENSHI KENKYUSHO CO Ltd KAWASAKI KANAGAWA JP
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1981-07-02
Publication date: 1992-05-21
Also published as: GB2093185B; FR2500152B1; US4624127A; JPS57136107A; GB2093185A; JPS6314762B2; DE3126160A1; FR2500152A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Werkstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Werkstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 4.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Gattung wird die Dicke des Werkstückes aus der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse in dem Werkstück gemessen, wobei von der gesamten Zeitdauer, die von der Einleitung eines Ultraschallimpulses in ein zwischen einem Sender und dem Werkstück angeordneten Verzögerungsmaterial bis zum Austritt des an der Unterseite des Werkstückes reflektierten Ultraschallimpulses aus dem zwischen dem Werkstück und einem Empfänger angeordneten Verzögerungsmaterial verstrichen ist, die Laufzeiten des Ultraschallimpulses im Verzögerungsmaterial zu subtrahieren sind.

Beim Verfahren nach der DE 26 20 590 A1 werden die Laufzeiten der Ultraschallimpulse in den durch das Verzögerungsmaterial gebildeten Verzögerungsstrecken in einem Speicher als Festwerte gespeichert und bei der Ermittlung der Dicke des Werkstückes entsprechend berücksichtigt, ohne daß vor jeder Messung eine Nullpunkt-Einstellung erfolgt.

Aus der DE-AS 15 73 411 ist eine Vorrichtung mit einem Verzögerungskreis bekannt, dessen Verzögerung zur Kompensation der Laufzeit im Verzögerungsmaterial auf einen festen Wert eingestellt ist, der normalerweise dieser Laufzeit entspricht.

Den Verfahren und Vorrichtungen nach dem vorgenannten Stand der Technik haftet der Nachteil an, daß Änderungen der Eigenschaften des Verzögerungsmaterials hinsichtlich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit Verfälschungen des Meßergebnisses nach sich ziehen können.

Aus der EP 00 13 616 A1 ist ein Verfahren und ein Gerät zur Messung der Dicke eines Werkstückes mittels Ultraschall bekannt, bei welchem eine Nullpunkteinstellung mittels eines Eich-Werkstückes bekannter Dicke durchgeführt wird. Hierbei wird zur Nullpunkteinstellung, d. h. zur Ermittlung der Laufzeit der Ultraschallimpulse im Verzögerungsmaterial die Gesamtlaufzeit der jeweiligen Ultraschallimpulse gemessen und vom Ergebnis der aus der bekannten Dicke des Eich-Werkstückes berechnete Wert der Laufzeit im Eich-Werkstück subtrahiert, so daß der verbleibende Differenzwert als Eichwert zur Nullpunkteinstellung herangezogen werden kann. Der Umgang mit dem Eich-Werkstück ist beschwerlich und zeitraubend, insbesondere wenn die Nullpunkteinstellung zur Ausschaltung von Meßfehlern bei sich ändernden Meßparametern möglichst vor jeder Messung überprüft werden soll.

Die GB-Patentschrift 11 24 898 zeigt eine Meßanordnung ohne Nullpunkteinstelleinrichtung. Zwar wird dort ein Signal erfaßt, das entsteht, wenn der vom Ultraschallsender ausgehende Ultraschallimpuls die Grenzfläche zwischen einem Kopplungsmedium und der Oberseite des Werkstückes erreicht, dort reflektiert wird und nach Rücklauf durch das Mediums den Ultraschallempfänger erreicht. Danach kommt dort ein weiteres Signal an, das von der Reflexion des Ultraschallimpulses an der Unterseite des Werkstückes herrührt. Die Zeitdifferenz zwischen diesen beiden Signalen entspricht der zweifachen Dicke des Werkstückes. Bei dieser Dickenmessung unter Berücksichtigung der Laufzeiten im Kopplungsmedium ist dieses jedoch stets in Kontakt mit dem Werkstück, so daß dort auch der Nachteil auftritt, daß die Ermittlung des relativ schwachen ersten Signals bei ununterbrochenem Kontakt zwischen Meßkopf und Werkstück stattfindet und dadurch beeinträchtigt wird, daß sich akustische Impedanzen der Materialien von Kopplungsmedium und Werkstück gegenseitig beeinflussen können.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der US-Patentschrift 35 54 016 bekannt.

Die Patentanmeldung JP 50-1 56 955 zeigt eine Meßanord nung, bei welcher ein Nullpunkt für die Dickenmessung nur im Kontakt des Meßkopfes mit dem Werkstück gebildet wird. Dieser Kontakt beeinflußt den Nullpunkt, da das Echosignal eine zusammengesetzte Welle darstellt, die aus einem an der Endfläche eines Übertragungsmaterials reflektierten Echo und einem von der Vorderfläche des Werkstückes reflektierten Echo besteht. Die Stärke des an dieser Vorderfläche reflektierten Echos variiert auch in Abhängigkeit vom Zustand der Oberfläche des Werkstückes. Darüber hinaus ist das von der Vorderfläche des Werk stückes reflektierte Echo nicht immer wahrnehmbar, vor allem dann nicht, wenn die akustische Impedanz des Materials des Werkstückes den gleichen Wert hat wie jene des Übertragungsmaterials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Messung der Dicke eines Werkstückes ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei denen eine Nullpunkteinstellung auf einfache Weise und trotzdem exakt möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 bzw. des Vorrichtungsanspruchs 4 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen insbesondere den Vorteil auf, daß die Nullpunkteinstellung vor jeder Dickenmessung ohne nennenswerten Zeitverlust auf einfache Weise und somit auch von weniger geschultem Personal durchgeführt werden kann, so daß Meßfehler, die durch Veränderungen des Nullpunktes bedingt sind, sicher vermieden werden können.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Dickenmeßvorrichtung,

Fig. 2(a) bis (e) Diagramme zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs verschiedener lmpulse bei der Nullpunkteinstellung und

Fig. 3(a) bis (e) Diagramme zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs verschiedener Impulse bei der Messung der Dicke eines Werkstückes.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, umfaßt die erfindungsgemäße Dickenmeßvorrichtung einen Synchronisationssignalgenerator 1, welcher einen Impulstransmitter 2 steuert, der periodisch elektrische Impulse T erzeugt, wie dies aus Fig. 2(a) und (b) sowie Fig. 3(a) und (b) ersichtlich ist. Diese elektrischen Impulse werden einem als Sender dienenden Vibrator 4 eines Meßkopfes 3 zugeführt, wo sie in Ultraschallimpulse umgewandelt werden. Der Vibrator 4 ist an der Fläche, an der die Ultraschallimpulse austreten, mit einem Verzögerungsmaterial 5 versehen, das für die Ultraschallimpulse eine Verzögerungsstrecke bildet.

Ferner umfaßt der Meßkopf 3 einen weiteren Vibrator 4′, der als Empfänger für Ultraschallimpulse dient und ebenfalls mit einem Verzögerungsmaterial 5′ versehen ist, das ebenfalls eine Verzögerungsstrecke für die Ultraschallimpulse bildet. In Fig. 1 ist der Meßkopf 3 mit ausgezogenen Linien in der Position zur Nullpunkteinstellung und mit gestrichelten Linien in der Position zur Messung der Dicke eines Werkstückes 6 dargestellt.

Das Werkstück 6 weist eine Oberseite 7 und eine Unterseite 8 auf. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Meßkopf in der Dickenmeßposition auf die Oberseite 7 des Werkstückes 8 aufgesetzt, wozu zwischen dem Meßkopf 3 und der Oberseite 7 des Werkstückes 6 ein nicht gezeigter dünner Film aus Maschinenöl oder einem sonstigen Kontaktmittel vorgesehen wird.

Wird der als Empfänger dienende Vibrator 4′ des Meßkopfes durch einen nach Reflexion an der Unterseite 8 des Werkstückes 6 ankommenden Ultraschallimpuls erregt, so erzeugt er einen Spannungsimpuls B, der in Fig. 3(a) zur Zeit t_B erscheint. Dieser Spannungsimpuls wird einem Verstärker 9 zugeführt, wo er verstärkt wird, und gelangt dann zu einem Dickensignalgeneratorschaltkreis 10, der als Multivibrator ausgebildet ist. Ein weiterer Eingang des Dickensignalgeneratorschaltkreises 10 ist an einen Nullpunkt-Einstellschaltkreis 11 angeschlossen, der vom Synchronsationssignalgenerator 1 getaktet wird und nach einer Einstellzeitperiode t_z bzw. t_z′ nach der Erzeugung des elektrischen Impulses T einen Einstellspannungsimpuls Z erzeugt, der in Fig. 2(c) und Fig. 3(c) dargestellt ist.

Der Dickensignalgeneratorschaltkreis 10 wird durch den vom Nullpunkt-Einstellschaltkreis 11 kommenden Spannungsimpuls Z angeschaltet und durch den vom Verstärker 9 kommenden verstärkten Spannungsimpuls B abgeschaltet, so daß der Dickensignalgeneratorschaltkreis 10 ausgangsseitig eine Gatterspannung liefert, die in Fig. 3(d) mit W bezeichnet ist.

Das als Gatterspannung W bezeichnete Ausgangssignal des Dickensignalgeneratorschaltkreises 10 wird einem ein UND-Gatter aufweisenden Zähler 12A eines Dickenmeßsschaltkreises 12 zugeführt, der außerdem einen Taktimpulsgenerator 13 umfaßt, der ebenfalls vom Synchronisationssignalgenerator 1 getaktet wird und Taktimpulse an den Zähler 12A liefert, um die Länge der Gatterspannung W mittels der Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 13 zu zählen, wie dies in Fig. 3(e) veranschaulicht ist.

Der Zählwert des Zählers 12A wird in einem Halteschaltkreis 14 kurzfristig gespeichert und dann einem arithmetischen Rechnerschaltkreis 15 zugeführt, der mit einer Einrichtung 15A zur Einstellung von Schallfortpflanzungsgeschwindigkeiten ausgerüstet ist. Der vom arithmetischen Rechnerschaltkreis 15 jeweils errechnte Wert wird an einer Anzeige 16 angezeigt, die als Digitalanzeige ausgebildet sein kann.

Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, ist an einen weiteren Ausgang des Verstärkers 9 ein Unterscheidungsschaltkreis 20 angeschlossen. Dieser ist seinerseits mit einem Schalter 21 verbunden.

Ein weiterer Verstärker 22 ist eingangsseitig an den Vibrator 4 des Meßkopfes 3 und ausgangsseitig an einen Nullpunktgatterschaltkreis 23 angeschlossen, der durch einen Multivibrator gebildet ist und ausgangsseitig an einem zweiten Eingang des Zählers 12A liegt. Der Schalter 21 ist mit zwei unterschiedlichen Ausgängen einerseits mit dem Dickensignalgeneratorschaltkreises 10 und andererseits mit dem Nullpunktgatterschaltkreis 23 verbunden.

Der Nullpunktgatterschaltkreis 23 ist mit einem weiteren Eingang mit dem den Spannungsimpuls Z liefernden Nullpunkt-Einstellschaltkreis 11 verbunden und wird durch diesen einstellbaren Spannungsimpuls Z, dessen Zeit t_z einstellbar ist, angeschaltet. Abgeschaltet wird dieser Nullpunktgatterschaltkreis 23 in Abhängigkeit von einem verstärkten Nullpunktsignal S₂ des Verstärkers 22, das vom Vibrator 4 kommt.

Eine Energiequelle 17 versorgt die einzelnen Komponenten der Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit der notwendigen elektrischen Energie.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann in einem ersten Modus zur Nullpunkteinstellung (Meßkopf 3 in der Position mit ausgezogenen Linien) und in einem zweiten Modus zur Messung der Dicke eines Werkstückes (Meßkopf 3 in der Position mit gestrichelten Linien) betrieben werden.

Im folgenden soll zunächst der erste Betriebsmodus beschrieben werden, also das Verfahren, mit dem die Nullpunkteinstellung durchgeführt wird.

Hierzu wird der Meßkopf 3 getrennt vom Werkstück 6 angeordnet, indem er in der Luft gehalten wird, wie dies in Fig. 1 durch die mit durchgehenden Linien dargestellte Position verdeutlicht wird. Durch den Synchronisationssignalgenerator 1 wird über den Transmitter 2 an den Vibrator 4 des Meßkopfes 3 ein elektrischer Impuls T (Fig. 2(a)) herangeführt, wodurch der Vibrator 4 einen Ultraschallimpuls aussendet, der von der Vorderseite des Verzögerungsmaterials 5 (also an der unteren Seite in der Darstellung von Fig. 1) als ein Echoimpuls reflektiert wird. Der größere Teil dieses Echoimpulses gelangt zurück zum Vibrator 4, wo er in einen elektrischen Nullpunktimpuls S₂ umgewandelt wird (Fig. 2(b)) und dem Verstärker 22 zugeführt wird. Ein kleinerer Teil des vorgenannten Ultraschall-Echoimpulses pflanzt sich durch das Verzögerungsmaterial 5′ zum Vibrator 4′ fort, wo er in einen sehr schwachen elektrischen Nullpunktimpuls S₁ (Fig. 2(a) umgewandelt wird, der dann dem Verstärker 9 zugeführt wird. Die Nullpunktimpulse S₁ und S₂ werden im zeitlichen Abstand t_s nach dem elektrischen Impuls T erzeugt, wobei die Zeit t_s der Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, damit der Ultraschallimpuls nach dem Eintritt in das Verzögerungsmaterial 5 durch dieses hindurchdringen und nach der Reflexion an dessen Vorderseite durch dieses Material wieder zurückkehren kann.

Andererseits kann ein durch Reflexion an der Unterseite des Werkstückes 6 entstehender Spannungsimpuls B nicht auftreten, da der Meßkopf vom Werkstück 6 getrennt gehalten wird. Der Unterscheidungsschaltkreis 20, der die Aufgabe hat, zu detektieren, ob ein Impuls entsprechend der Spannung des Spannungsimpulses B im Ausgangssignal des Verstärkers 9 enthalten ist, liefert deshalb an den Schalter 21 ein entsprechendes Signal, das bewirkt, daß am Ausgang des Schalters 21 das Signal B-NEIN erscheint. Es wird daher nur der Signalweg vom Nullpunktgatterschaltkreis 23 zum Zähler 12A erregt, während der Signalweg vom Dickensignalgeneratorschaltkreis 10 zum Zähler 12A nicht erregt wird.

Somit wird der Nullpunkt-Gatterschaltkreis 23 in der einstellbaren Zeit t_z nach dem Impuls T durch den Spannungsimpuls Z der Nullpunkt-Einstelleinrichtung 11 angeschaltet und durch den Spannungsimpuls S₂ aus dem Verstärker 22 wieder abgeschaltet, wodurch ein Signal von einstellbarer Dauer, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist, erzeugt wird.

Bei der Betriebsart zur Nullpunkteinstellung liefert der Schalter 21 mangels Vorhandensein einer Impulsspannung B das Signal B-NEIN, so daß der Meßschaltkreis 12 mit einem Signal vom Nullpunkt-Gatterschaltkreis 23 beaufschlagt wird. Die Dauer des vom Meßschaltkreis 12 empfangenen Signals aus dem Nullpunkt-Gatterschaltkreis 23 wird durch Zählung der während der Signaldauer auftretenden Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 13 ermittelt. Fig. 2(e) zeigt die vom Meßschaltkreis 12 gezählten Taktimpulse.

Der vom Zähler 12A gezählte Wert wird durch den Halteschaltkreis 14 zum arithmetischen Rechnerschaltkreis 15 weitergeleitet. Dort wird der Zählwert in einen Zeitwert umgesetzt, der als Ausgangssignal des Rechnerschaltkreises 15 erscheint und an der Digitalanzeige 16 angezeigt wird.

Nach Erreichen dieser Verfahrensstufe wird ein nicht dargestelltes Stellglied des Nullpunkt-Einstellschaltkreises 11 verstellt und justiert, um den Zeitpunkt der Erzeugung des Einstellimpulses Z, d. h. den Wert t_z in geeigneter Weise zu verändern, bis der an der Anzeige 16 angezeigte Wert "0,00 mm" wird. Unter der Annahme, daß der an der Anzeige 16 angezeigte Wert "0,00 mm" wird, wenn der Wert von t_z durch entsprechende Verstellung des Nullpunkt-Einstellschaltkreieses 11 bis zu t_z′ (Fig. 3(c)) verändert wird, bedeutet dies, daß der Wert t_z′ dem Wert von t_s gleich ist. Das Verstellen des Nullpunkt-Einstellschaltkreises 11 wird dann abgebrochen und das Stellglied an diesem Punkt gesperrt oder verriegelt, so daß der Wert t_z den Wert t_z′ angenommen hat. Wenn der Nullpunkt-Einstellschaltkreis 11 auf diese Weise gegen weitere Verstellung gesperrt ist, entspricht die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Einstellimpulsspannung Z genau dem Zeitpunkt der Erzeugung des Nullpunktimpulses S₂.

Auf diese Weise wird es möglich, eine genau geeichte Nullpunkteinstellung auf einfache Weise ohne Eichvorgang mit einem Eich-Werkstück zu erzielen.

Im folgenden soll nun der zweite Betriebsmodus, d. h. das Verfahren zur Messung der Dicke des Werkstückes 6 beschrieben werden.

Hierzu wird zunächst die Einrichtung 15A zur Einstellung von Schallgeschwindigkeiten auf denjenigen Wert der Ultraschall-Fortpflanzungsgeschwindigkeit eingestellt, der für das Material des hinsichtlich seiner Dicke auszumessenden Werkstückes maßgebend ist. Besteht das Werkstück beispielsweise aus Stahl, so wird die Einrichtung 15A auf die für Stahl geltende Schallgeschwindigkeit von 5950 m/sec eingestellt. Dann wird der Meßkopf 3 mit der Oberseite 7 des Werkstückes 6 über ein Kontaktmittel in Berührung gebracht, wobei darauf geachtet wird, daß die vor dem Meßvorgang in der oben beschriebenen Weise erfolgte Einstellung des Nullpunkt-Einstellschaltkreises 11 nicht mehr verstellt wird und verriegelt bleibt.

Der vom Transmitter 2 in Abhängigkeit vom elektrischen Impuls T erzeugte Ultraschallimpuls wird vom Vibrator 4 des Meßkopfes ausgesendet und tritt nach Durchdringung des Verzögerungsmaterials 5 an der Oberseite 7 in das Werkstück 6 ein, wobei der Vibrator 4′ zunächst nach der Zeit t_s ein schwaches Nullpunktsignal S₁ aufgrund einer geringen Reflexion des Ultraschallimpulses an der Vorderseite des Verzögerungsmaterials erzeugt. Etwas später, nach der Zeit t_B, erzeugt dann der Vibrator 4′ ein wesentlich stärkeres Impulssignal B aufgrund der Ankunft des an der Unterseite 8 des Werkstückes 6 reflektierten Ultraschallimpulses. Auch das Impulssignal B wird dem Verstärker 9 zugeleitet. Fig. 3(a) zeigt die zeitliche Aufeinanderfolge der Impulssignale S₁ und B.

In diesem Fall detektiert der Unterscheidungsschaltkreis 20 das Vorhandensein einer Impulsspannung B und liefert an den Schalter 21 ein Signal, das bewirkt, daß der Schalter 21 den Ausgang B-JA wirksam schaltet. Daher wird nun der Signalweg vom Dickensignalgeneratorschaltkreis 10 zum Zähler 12A erregt. Der Dickensignalgeneratorschaltkreis 10, der nach der Zeit t_z = t_z′ durch den Spannungsimpuls Z aus dem Nullpunkt-Einstellschaltkreis 11 angeschaltet wurde, wird nach der Zeit t_B durch den Spannungsimpuls B wieder abgeschaltet, so daß er ein über die Zeitdauer W sich erstreckendes Signal an den Meßschaltkreis 12 liefert, wie dies aus Fig. 3(d) ersichtlich ist. Die Dauer dieses vom Meßschaltkreis 12 empfangenen Signals wird vom Zähler 12A durch Zählen der während der Zeitdauer W vom Taktimpulsgenerators 13 gelieferten Taktimpulse ermittelt, wie dies aus Fig. 3(e) ersichtlich ist. Der gezählte Wert wird durch den Halteschaltkreis 14 dem Rechnerschaltkreis 15 zugeführt.

Der Rechnerschaltkreis 15 errechnet aus dem Zählwert des Zählers 12A und unter Berücksichtigung des an der Einstelleinrichtung 15A eingestellten Wertes für die im Material des Werkstückes 6 herrschende Ultraschall-Fortpflanzungsgeschwindigkeit die Dicke des Werkstückes, welche dann an der Anzeige 16 angezeigt wird.

Der an der Anzeige 16 erscheinende Wert zeigt genau die Dicke des Werkstückes 6 an, da die Vorrichtung im vorangegangenen Nullpunkteinstellmodus durch entsprechende Einstellung des Nullpunkt-Einstellschaltkreises 11 exakt auf den Nullpunkt eingestellt wurde.

Fig. 3(c) zeigt, daß die Einstellimpulsspannung Z auf die richtige zeitliche Einstellung gebracht wurde. Fig. 3(d) zeigt das vom Dickensignalgeneratorschaltkreis 10 zum Zähler 12A übermittelte Dickensignal W und Fig. 5(e) zeigt die im Meßschaltkreis 12 gezählten Taktsignale.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:

1) Die Dickenmessung kann in einfacher Weise auch unter erschwerten Arbeitsbedingungen durchgeführt werden, z. B. auf einer Leiter in relativ großer Höhe über dem Erdboden.
2) Da für die Eichung der Vorrichtung ein Eich-Werkstück entbehrlich ist, entfallen auch die mit ihm verbundenen Erschwernisse wie z. B. das ständige Mitführen des Eich-Werkstückes an einer Außenseite des Gehäuses der Vorrichtung und die Gefahr vermehrter Verschmutzung des Meßkopfes durch wiederholtes Ansetzen an das Eich-Werkstück über ein Kontaktmittel.
3) Da bei der Nullpunkteinstellung der Meßkopf von dem zu messenden Werkstück getrennt ist, zeigt die Vorrichtung beim zwischenzeitlichen Abheben des Meßkopfes 3 von der Oberseite 7 des Werkstückes 6 zum aufeinanderfolgenden Ausmessen des Werkstückes an verschiedenen Stellen desselben zwischen den aufeinanderfolgenden Dicken-Meßwertanzeigen jedesmal die Nullpunkteinstellung an. Diese Nullpunktanzeige erscheint beim Abheben des Meßkopfes vom Werkstück automatisch, so daß sie vom Benutzer der Vorrichtung nicht gesondert veranlaßt werden muß. Die Bedienungsperson erkennt daher sofort, wenn sich im Laufe der aufeinanderfolgenden Dicken-Meßvorgänge die Nullpunkteinstellung verändert und an der Anzeige 16 zwischen den aufeinanderfolgenden Dicken-Meßwertanzeigen andere Nullpunktwerte als "0,00 mm" angezeigt werden, beispielsweise bei größeren Änderungen der Temperatur oder anderer atmosphärischer Bedingungen, die auf die Eigenschaften des Verzögerungsmaterials des Meßkopfes Einfluß haben können. In solchen Fällen kann dann rasch eine Nacheichung durch entsprechende Veränderung der Einstellung des Nullpunkt-Einstellschaltkreises 11 vorgenommen werden.

Die Anzeigeeinrichtung 16 kann auch so ausgebildet sein, daß sie anstelle von Digitalwerten Analogwerte anzeigt.

Claims

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

a) Taktmäßige Einleitung von Ultraschallimpulsen (T) in das Werkstück an einer Eingangsseite (oberen Seite) des Werkstücks und Empfang von Ultraschall-Echoimpulsen (B), die von einer gegenüberliegenden (unteren) Seite des Werkstücks ausgehen, mittels eines Meßkopfes, der einen Sender und einen Empfänger aufweist, die jeweils mit Verzögerungsmaterial versehen sind, welches mit einer Frontseite an der Eingangsseite des Werkstücks angeordnet wird,
b) taktgemäße Erzeugung eines Einstellimpulses (Z), dessen Zeitpunkt relativ zum Zeitpunkt des entsprechenden Ultraschallimpulses (T) veränderbar ist,
c) Messung einer ersten Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Einstellimpulses (Z) und dem Zeitpunkt des Empfangs eines entsprechenden Echoimpulses (B) und
d) Berechnung der Dicke des Werkstücks aus der gemessenen ersten Zeitspanne,
e) wobei der Zeitpunkt des Einstellimpulses zur Festlegung des Nullpunktes vor der Messung der Dicke des Werkstücks eingestellt wird,

dadurch gekennzeichnet,

f) daß die Einstellung des Zeitpunktes des Einstellimpulses (Z) zur Festlegung des Nullpunktes erfolgt durch
f1) Anordnung des Meßkopfes in einem Abstand vom Werkstück, so daß vom Werkstück keine Echoimpulse (B) reflektiert werden können,
f2) Ermittlung eines Echoimpulses (S₂), welcher nach Erzeugung eines Ultraschallimpulses (T) im Sender an der Frontseite der zugehörigen Verzögerungsstrecke des Meßkopfes zum Sender reflektiert wird,
f3) Messung einer zweiten Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Empfangs des von der Frontseite des Verzögerungsmaterials reflektierten Echoimpulses (S₂) und dem Zeitpunkt des Einstellimpulses (Z) und
f4) Verstellung des Zeitpunktes des Einstellimpulses (Z), bis die gemessene zweite Zeitspanne einen vorbestimmten Wert, vorzugsweise den Wert Null, erreicht, und
g) daß anschließend der Meßkopf mit dem Werkstück zur Messung von dessen Dicke in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Empfang von von einem Werkstück reflektierten Echoimpulsen (B) nur die erste Zeitspanne gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der ersten und/oder zweiten Zeitspannne durch Zählen von Taktimpulsen erfolgt.

4. Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Werkstückes, umfassend

a) einen Meßkopf (3), der einen Ultraschallimpulse aussendenden Vibrator (4), einen Ultraschallimpulse empfangenden Vibrator (4′) und ein Verzögerungsmaterial (5, 5′) aufweist zur Einleitung von Ultraschallimpulsen (T) in das Werkstück und zum Empfang entsprechender Ultraschall-Echoimpulse (B), wobei das Verzögerungsmaterial eine an das Werkstück ansetzbare Frontseite aufweist,
b) eine mit dem Ultraschallimpulse aussendenden Vibrator (4) des Meßkopfes (3) verbundene Einrichtung (1) zur Lieferung von Impulsen an den Sendevibrator (4) zu dessen Anregung zum Aussenden von Ultraschallimpulsen,
c) eine Nullpunkt-Einstelleinrichtung (11) zur Erzeugung eines Impulses (Z) nach einer einstellbaren Zeitspanne (t_z) ab Aussendung des jeweiligen Ultraschallimpulses durch den Sendevibrator (4),
d) eine mit dem Empfangsvibrator (4′) des Meßkopfes (3) über eine erste Echoimpuls-Empfangseinrichtung (9) sowie mit der Nullpunkt-Einstelleinrichtung (11) verbundene Einrichtung (10) zur Bildung eines Dickensignals, dessen Dauer einer Zeitspanne von der Erzeugung des einstellbaren Impulses (Z) bis zum Empfang des entsprechenden Echoimpulses (B) entspricht,
e) eine mit der Einrichtung (10) zur Erzeugung des Dickensignals verbundene Meßeinrichtung (12) zum Messen der Dauer des Dickensignals, und
f) eine mit der Meßeinrichtung (12) verbundene Verarbeitungseinrichtung (15) zur Bestimmung der Dicke des Werkstücks, wobei die Verarbeitungseinrichtung (15) durch eine Einstelleinrichtung (15a) entsprechend der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse im Werkstück einstellbar ist,

gekennzeichnet durch

g) eine mit dem Sendevibrator (4) des Meßkopfes (3) verbundene zweite Echoimpuls-Empfangseinrichtung (22) zum Empfang von an der Frontseite des Verzögerungsmaterials (5) reflektierten Echoimpulsen (S₂),
h) eine eingangsseitig mit der Nullpunkt-Einstelleinrichtung (11) und der zweiten Echoimpuls-Empfangseinrichtung (22) und ausgangsseitig mit der Meßeinrichtung (12) verbundene Schaltungseinrichtung (23) zur Erzeugung eines Signals einer Dauer, die der Zeitspanne zwischen dem von der zweiten Echoimpuls-Empfangseinrichtung (22) empfangenen Echoimpuls (S₂) und dem Impuls (Z) der Nullpunkt-Einstellvorrichtung (11) entspricht, und zur Weiterleitung dieses Signals an die Meßeinrichtung (12) und
i) eine Schalteinrichtung (21) zum wechselseitigen Wirksamschalten der Einrichtung (10) zur Erzeugung des Dickensignals und der Schaltungseinrichtung (23) in Abhängigkeit davon, ob die erste Echoimpuls-Empfangseinrichtung (9) von einem Werkstück reflektierte Echoimpulse (B) empfängt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine die Schalteinrichtung (21) betätigende Diskriminatoreinrichtung (20) zur Ermittlung, ob die erste Echoimpuls-Empfangseinrichtung (9) von einem Werkstück reflektierte Ultraschallimpuls (B) empfängt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (12) zum Messen der Dauer des Dickensignals und der Dauer des Signals der Schaltungseinrichtung (23) von einem Taktgenerator (13) gesteuert wird und einen Digitalzähler (12A) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (23) einen Multivibrator umfaßt, der mit einem Eingang mit der Nullpunkt-Einstelleinrichtung (11) und mit einem weiteren Eingang mit der zweiten Echoimpuls-Empfangseinrichtung (22) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßeinrichtung (12) und der Verarbeitungseinrichtung (15) ein Halteschaltkreis (14) zum Speichern von Taktimpulsen des Taktgenerators (13) angeordnet ist.