DE1295882B

DE1295882B - Vorrichtung zur Pruefung von Werkstuecken mittels eines Ultraschall-Pruefkopfes

Info

Publication number: DE1295882B
Application number: DEI23197A
Authority: DE
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1962-02-21
Filing date: 1963-02-19
Publication date: 1969-05-22
Also published as: BE628264A; US3159756A; FR1322950A; LU43217A1; GB1023316A; AT251313B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prü- eine sich an dem Kolben des Druckzylinders abstüt-

fung von Werkstücken mittels eines Ultraschall- zende Schraubenfeder hervorgerufen.

Prüfkopfes, bei der die Schallübertragung von In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

einem elektromechanischen Wandler auf den Prüf- Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt ling mittels einer unter einem einstellbaren Druck 5 F i g. 1 eine Ansicht des Prüfkopfes von unten,

stehenden, ein Koppelpolster bildenden Flüssigkeit F i g. 2 einen Schnitt durch den Prüfkopf nach der

erfolgt. Schnittlinie H-II der F i g. 1 und

Die Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall F i g. 3 die Gesamtansicht einer Vorrichtung zur

bereitet dann gewisse Schwierigkeiten, wenn diese an Prüfung von Brammen.

einem feststehenden Prüfkopf vorbeigeführt werden, io Der Prüfkopf besteht aus einem metallischen wie dies insbesondere bei der Prüfung von Walz- Block 1 mit einer ebenen Grundfläche 2, die in einem werks-Erzeugnissen üblich ist. Hierbei verwendet man geringen Abstand von etwa einigen Zehntel Millimeist Prüfköpfe, an denen Rollen vorgesehen sind, meiern gegenüber der Oberfläche des Prüflings 3 zu die gegen die Oberfläche des Prüflings anliegen, wo- liegen kommt. Die Grundfläche 2 weist drei kreisdurch ein vorgegebener Abstand zwischen dem elek- 15 förmige Durchbrüche 4 a, 4 b und 4 c auf, aus weltromechanischen Wandler und der Oberfläche des chen die den Prüfkopf in einem vorgegebenen AbPrüflings eingehalten wird. Hierbei treten jedoch stand von dem Prüfling haltende Flüssigkeit austritt. Schwierigkeiten insbesondere dann auf, wenn die Der Durchbruch 4 α dient gleichzeitig für den Austritt Prüflinge eine rauhe Oberfläche aufweisen. des Ultraschall-Strahles, der von einem elektromecha-Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 20 nischen, vorzugsweise piezoelektrischen Wandler 5 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu bekannter Bauart ausgeht, der in den Block 1 einschaffen, bei der ein genügend genauer Abstand des geschraubt ist und über das Kabel 6 mit einem nicht Wandlers von der Oberfläche des Prüflings einge- dargestellten Prüfgerät verbunden ist. Um unter allen halten wird, ohne daß das den Wandler aufnehmende Umständen den Prüfkopf in einer zu der Oberfläche Gehäuse des Prüfkopfes den Prüfling berührt. as des Prüflings parallelen Lage zu halten, weisen die Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Durchbrüche 4 denselben Querschnitt auf, und es ist gelöst, daß der den Prüfkopf bildende Block unter Sorge dafür zu tragen, daß die ausfließende Flüssigder Wirkung einer auf den Prüfling gerichteten, prak- keitsmenge bei allen drei Durchbrüchen gleich groß tisch konstanten Kraft steht und in der dem Prüfling ist. Wenn, wie im Falle des dargestellten Ausfühzugewandten Grundplatte des Blocks wenigstens drei 3° rungsbeispieles, der Schallgeber und -empfänger in Durchbrüche für den unabhängig von der auf den dem Durchbruch 4 α angeordnet ist, so wird dessen Prüfkopf wirkenden Kraft erfolgenden Durchfluß der Durchmesser größer gewählt als derjenige der Durcheinen gleichbleibenden Abstand des Prüfkopfes von brüche 4 b und 4 c, so daß die Größe der verbleibendem Prüfling gewährleistenden Flüssigkeit vorgesehen den Ringfläche gleich derjenigen der Kreisfläche der sind, deren Hauptdruckabfall beim Durchströmen der 35 Durchbrüche 4 b und 4 c ist. Zu den drei DurchZuleitungen zu den Durchbrüchen vor dem Austritt brächen führen die Leitungen 7a,lb,l' c, die an der der Flüssigkeit aus dem Prüfkopf erfolgt und deren Oberfläche 8 des Metallblockes in eine gemeinsame Einwirkung auf dem Prüfkopf in der Wirkungslinie Kammer 9 münden, die an eine Druckleitung angeder auf den Prüfkopf in Richtung auf den Prüfling schlossen ist, die beispielsweise Wasser mit einem ausgeübten Kraft liegt. 40 Druck von 4 kg/cm² führt. Der größte Strömungs-Auf diese Weise wird bei guter Ankopplung des widerstand und damit auch der größte Druckabfall in Wandlers an den Prüfling gleichzeitig eine selbst- jeder der Leitungen 7 tritt in einer kalibrierten Düse tätige Stabilisierung der Lage des Prüfkopfes zu dem 10 a, 10 b und 10 c auf, die an der Stelle der EinPrüfling bewirkt. Die erfindungsgemäße Maßnahme mündung der Leitungen 7 in die Kammer 9 in die weist besondere Vorteile auf, wenn die Relativ- 45 Leitungsbohrungen eingeschraubt sind, geschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Prüfling Der Forderung, daß der Hauptdruckabfall der verhältnismäßig groß ist. Die Relativverschiebung der Flüssigkeit vor dem Austritt der Flüssigkeit aus dem Vorrichtung gegenüber dem Prüfling erfolgt ohne Prüfkopf erfolgen soll, liegt die Überlegung zugrunde, jegliche Hemmung und erfordert nur eine verhältnis- daß der Gesamtströmungswiderstand der innerhalb mäßig geringe Kraft, da jegliche Reibung zwischen so des Prüfkopfes liegenden Zuleitungen größer sein soll den beiden festen Körpern entfällt. als der Strömungswiderstand des Spaltes zwischen Hierbei kann für den Durchfluß der die Schall- der Grundplatte des Prüfkopfes und der Oberfläche energie von dem Wandler auf den Prüfling über- des Prüflings.

tragenden Flüssigkeit ein besonderer Durchbruch in Auf diese Weise ist die aus dem Prüfkopf ausder Grundplatte des Prüfkopfes vorgesehen sein, wo- 55 tretende Flüssigkeit im wesentlichen unabhängig von bei für die Übertragung der Schallenergie auf den der Kraft, die auf den Prüfkopf in Richtung auf den Prüfling und für die Einhaltung eines vorgegebenen Prüfling wirkt. Der Druckabfall in den einzelnen Abstandes des Prüfkopfes von dem Prüfling dieselbe Leitungen 7 kann durch Auswechseln der Düsen auf Flüssigkeit verwendet werden kann. Vorzugsweise einfache Weise eingestellt werden, so daß bei konwird der elektromechanische Wandler jedoch so in 60 stantem Druck die Menge der aus dem Prüfkopf ausdem Prüfkopf angeordnet, daß er vor einem der drei tretenden Flüssigkeit und damit der Abstand des Durchbräche für die den vorgegebenen Abstand be- Prüfkopfes von dem Prüfling auf den gewünschten wirkende Flüssigkeit liegt. Wert eingestellt werden kann.

Um den Präfkopf aus der Arbeitsstellung in die Tritt nun bei Durchführung des Verfahrens eine Ruhestellung und umgekehrt bringen zu können, ist 65 Verengung des Spaltes zwischen der Grundfläche 2 er mittels eines hydraulischen Druckzylinders heb- des Prüfkopfes und der Oberfläche des Prüflings 3 und senkbar angeordnet. Die auf den Prüfkopf in auf, so hat dies eine Vergrößerung des Flüssigkeits-Richtung des Prüfkopfes wirkende Kraft wird durch druckes zur Folge, die bewirkt, daß sich die Ursprung-

liehe Breite des Spaltes wieder einstellt. Der Abstand des Prüfkopfes von der Oberfläche des Prüflings wird somit durch die Dicke der Flüssigkeitsschicht zwischen der Grundfläche des Prüfkopfes und der Oberfläche des Prüflings und somit durch die Menge der durch die Durchbrüche fließenden Flüssigkeit bestimmt.

Es ist offensichtlich, daß diese Vorrichtung so lange in der gewünschten Weise arbeitet, als die auf den Prüfkopf in Richtung auf den Prüfling wirkende Kraft kleiner ist als die in der entgegengesetzten Richtung wirkende maximale Kraft der Flüssigkeit. Wird diese Grenze überschritten, d. h. überwiegt die auf den Prüfkopf wirkende äußere Kraft, so wird der Prüfkopf gegen den Prüfling gepreßt und der Ausfluß der Flüssigkeit wird unterbrochen.

Wenn die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes waagerecht oder nahezu waagerecht verläuft, so brauchen auf den Prüfkopf keine besonderen äußeren Kräfte ausgeübt zu werden; die auf den Prüfkopf wirkende Schwerkraft genügt vielmehr, um die Vorrichtung nach Maßgabe des Flüssigkeitsdruckes an den Prüfling heranzuführen.

Sollten mit einer Vorrichtung nach der Erfindung Werkstücke geprüft werden, die keine genügend großen ebenen Flächen aufweisen, so kann an Stelle des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles ein Prüfkopf Verwendung finden, dessen Grundfläche 2 eine der Oberfläche des betreffenden Werkstückes angepaßte Krümmung aufweist. Zur Anpassung eines Prüfkopfes mit ebener Grundfläche an Prüflinge mit nicht ebenen Oberflächen kann eine besondere Platte mit einer ebenen und einer nicht ebenen Seitenfläche Verwendung finden, die an der Unterseite des metallischen Blockes 1 angebracht wird und mit dem metallischen Block 1 fluchtende Durchbrüche aufweist. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Dicke der den Schall übertragenden Flüssigkeitsschicht zwischen dem Wandler und dem Prüfling zu keinen unerwünschten Nebenechos auf dem Oszillogramm Veranlassung gibt.

Der den Prüfkopf bildende Block 1 wird von einem Rahmen 11 gehalten, in welchem er mittels der Lager 12 α und 12 b gelagert ist. Der Rahmen 11 ist seinerseits an einem Schlitten 13 mittels der Lager 14 α und 14 b gelagert, so daß der Prüfkopf um die zueinander senkrechten Achsen 12 a-12 b und 14 α-14 b schwenkbar kardanisch gelagert ist.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung zum selbsttätigen Prüfen von Brammen. Der Prüfkopf wird mittelbar über den Rahmen 11 von dem Schlitten 13 gehalten, der in den senkrecht angeordneten Führungen 15 a und 15 b geführt wird, die an einem Wagen angeordnet sind, der zwischen den Schienen 16 und 17 läuft. Auf den Prüfkopf wirkt eine in Richtung des Prüflings 18 weisende Kraft, die auf ihn von der Schraubenfeder 20 ausgeübt wird. Diese liegt gegen die Stirnfläche des Kolbens eines hydraulischen Druckzylinders 19 an, mittels dessen der Prüfkopf in Arbeitspausen angehoben und für die Dauer der Prüfung auf den Prüfling gesenkt werden kann. Die zur Einhaltung des vorgegebenen Abstandes und zur Schallübertragung dienende Flüssigkeit wird dem Prüfkopf über einen biegsamen Schlauch 21 und ein Kupplungsstück 22 zugeführt. Der elektromechanische Wandler ist mit dem Ultraschall-Generator über das Kontaktstück 23 verbunden.

Die in F i g. 3 mit 18 bezifferte Bramme erstreckt sich mit ihrer Längsrichtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3. Um die Prüfung der Bramme 18 über deren ganze Breite durchführen zu können, wird die Prüfvorrichtung mittels einer von dem Motor 25 angetriebenen Spindel 24 hin- und herbewegt. An jeder der beiden Seiten des die Schienen 16 und 17 tragenden Gestelles sind Schaltorgane 26 α und 26 b vorgesehen, die den Motor 25 umsteuern. Im Augenblick des Erreichens jeder Endstellung wird der Motor mittels einer Bremse 27 abgebremst. Das die Schienen 16 und 17 tragende bügeiförmige Gestell weist an den unteren Enden der beiden Schenkeln Rollen 29 α und 29 b auf, die auf den beiden Schienen 28 α und 28 b laufen und von den Motoren 30 α und 30 b angetrieben werden. Auf diese Weise führt der Prüfkopf eine Hin-und-Herbewegung mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit aus, während er sich gleichzeitig mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit in Längsrichtung des zu prüfenden Werkstückes bewegt.

Diese gleichzeitige zweidimensionale Bewegungsmöglichkeit der Prüfvorrichtung stellt insofern einen besonderen Vorteil dar, als bei Vorrichtungen, die auf dem Prüfling abrollen, ein seitliches Abrutschen nicht vermieden werden kann. Durch den gleichzeitigen Antrieb der Prüfvorrichtung in zwei zueinander senkrechten Richtungen kann die Vorrichtung in jeder beliebigen Richtung bewegt werden. Da keinerlei Roll- oder Gleitwiderstände zu überwinden sind, ist der Energiebedarf für den Antrieb der Vorrichtung sehr gering, und außerdem wird jegliche Reibung zwischen dem Prüfkopf vermieden, die eine Änderung der Lage des Prüfkopfes zu dem Prüfling verursachen könnte.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken mittels eines Ultraschall-Prüfkopfes, bei der die Schallübertragung von einem elektromechanischen Wandler auf den Prüfling mittels einer unter einem einstellbaren Druck stehenden, ein Koppelpolster bildenden Flüssigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der den Prüfkopf bildende Block (1) unter der Wirkung einer auf den Prüfling (3,18) gerichteten, praktisch konstanten Kraft (20) steht und in der dem Prüfling (3,18) zugewandten Grundplatte des Blocks (1) wenigstens drei Durchbrüche (4a, Ab, 4c) für den unabhängig von der auf den Prüfkopf wirkenden Kraft (20) erfolgenden Durchfluß der einen gleichbleibenden Abstand des Prüfkopfes (1) von dem Prüfling (3) gewährleistenden Flüssigkeit vorgesehen sind, deren Hauptdruckabfall beim Durchströmen der Zuleitungen (7 a, Ib, 7 c) zu den Durchbrüchen vor dem Austritt der Flüssigkeit aus dem Prüfkopf erfolgt und deren Einwirkung auf den Prüfkopf in der Wirkungslinie der auf den Prüfkopf in Richtung auf den Prüfling ausgeübten Kraft (20) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (5) vor einem (4 a) der drei Durchbrüche angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (1) mittels eines hydraulischen Druckzylinders (19) heb- und senkbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Prüfkopf (1) in Richtung des Prüflings wirkende Kraft durch eine sich an dem Kolben des Druckzylinders abstützende Schraubenfeder hervorgerufen wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der Schallenergie auf den Prüfling und für die Einstellung eines bestimmten Abstandes zwischen Prüfkopf (1) und Prüfling (3,18) dieselbe Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen