BE1018930A5

BE1018930A5 - Ultrasone inspectiewerkwijze en -inrichting voor kunststof wanden.

Info

Publication number: BE1018930A5
Application number: BE2009/0440A
Authority: BE
Inventors: Boer Peter Christiaan Den
Original assignee: Rintgen Tech Dienst B V
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-11-08
Also published as: NL2003213A1; US20090114021A1; NL2003213C2; US8104347B2

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en systeem voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een huiswand. De werkwijze omvat het verschaffen van een ultrasone zender en het in de wand zenden van een ultrasone ontvanger en het ontvangen van het door de wand gezonden ultrasone signaal. Het door de zender verschafte ultrasone signaal heeft een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het door de zender verschefte ultrasone signaal.

Description

P84782BE00

Titel: Ultrasone inspectiewerkwijze en -inrichting voor kunststof wanden

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het middels ultrasone time-of-flight diffractie testen van kunststof wanden, meer in het bijzonder stompe smeltlassen in kunststof buizenstelsels zoals polyethyleen buizenstelsels.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een systeem voor het middels ultrasone time-of-flight diffractie inspecteren van een kunststof wand.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De toepassing van polyethyleen buizen in de gas-, water- en chemische industrie kan worden toegeschreven aan de lichtheid, flexibiliteit en goede corrosieweerstand ervan, evenals het gemak waarmee de polyethyleen buizen kunnen worden verbonden. Het verbinden wordt gewoonlijk uitgevoerd met behulp van de stomp(smelt)lasmethode. De kwaliteit van stomplasverbindingen bij polyethyleen buizenstelsels is primair afhankelijk van de regeling van procesparameters tijden het lassen. Inspectiemethoden zijn vanzelfsprekend benodigd, wil men de kwaliteit van stomplasverbindingen objectief beoordelen.

Op een bepaald moment is een richtlijnstandaard (ASTM F600-78) voor de handmatige ultrasone inspectie van stomplassen bij polyethyleen buizen geïntroduceerd, welke standaard in 1991 weer werd ingetrokken omdat deze te zeer afhankelijk was van de vaardigheid van de operator.

In “Ultrasonic and Radiographic NDT of Butt Fusion Weids in Polyethylene Pipe”, NDTnet - April 1996, Vol.l No. 04, van I.J. Munns en G.A. Georgiou werd een ultrasone Time of Flight Diffraction (ToFD)-techniek gepresenteerd voor het niet-destructief inspecteren van stomplassen in polyethyleen buizenstelsels.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Het is een doel van de uitvinding te voorzien in een verbeterde ultrasone inspectiewerkwijze voor inspectie van kunststof wanden, bijv. van buizenstelsels, meer in het bijzonder polyethyleen buizenstelsels. De werkwijze is ingericht voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in de kunststof wand, zoals een defect in een stomplas van een kunststof buizenstelsel, zoals een, bij voorkeur hoge-dichtheid, polyethyleen buizenstelsel.

Volgens de uitvinding wordt voorzien in een werkwijze voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een buiswand, omvattende het verschaffen van een ultrasone zender en het in de wand zenden van een ultrasoon signaal, het verschaffen van een ultrasone ontvanger en het ontvangen van het door de wand gezonden ultrasone signaal, waarbij het door de zender verschafte ultrasone signaal een bandbreedte van meer dan ongeveer 80%, bij voorkeur meer dan 100%, van een nominale frequentie van het door de zender verschafte ultrasone signaal heeft. Bij voorkeur heeft ook de ontvanger een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100%, van de nominale frequentie.

In dezen is de bandbreedte gedefinieerd als de bandbreedte bij -6dB ten opzichte van de piekfrequentie (in dezen ook nominale frequentie genoemd) van het ultrasone signaal.

Bij het inspecteren van een kunststof wand middels inspectie met ultrasone time-of-flight diffractie heeft het kunststof materiaal de neiging een deel van het door de zender verschafte ultrasone signaal te absorberen. De uitvinder heeft zich gerealiseerd dat deze absorptie in de praktijk met name van invloed kan zijn op hogere frequenties binnen het door de zender verschafte ultrasone signaal. Het kunststof wandmateriaal kan worden gezien als materiaal dat als een laag-doorlaatfilter werkt op het ultrasone signaal dat zich naar de ontvanger voortplant.

Het ultrasone signaal voorzien van de grote bandbreedte van meer dan ongeveer 80% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal biedt het voordeel dat ondanks de laag-doorlaatfiltering van het kunststof materiaal het ultrasone signaal genoeg energie kan bevatten om bij de ontvanger te worden gedetecteerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat de ultrasone zender (in de vrije ruimte) het ultrasone signaal verschaft met een nominale frequentie van 2.25 MHz en een bandbreedte van 100% (d.w.z. de -6dB punten kunnen bij 1.125 resp. 3.375 MHz liggen). Na zending door de kunststof wand kan het bij de ontvanger gedetecteerde signaal bijvoorbeeld een middelfrequentie hebben van 1 MHz of minder door verzwakking van voornamelijk de hogere frequentiecomponenten. Het zal duidelijk zijn dat de ontvanger met de bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100%, nog gevoelig kan zijn voor het ultrasone signaal met de verminderde middelfrequentie.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt de nominale frequentie van het ultrasone signaal in afhankelijkheid van een dikte van de wand gekozen. Bij voorkeur ligt de nominale frequentie tussen circa 1 MHz en 4 MHz, bij voorkeur circa 2.25 MHz, voor wanden met een dikte van meer dan ongeveer 15 mm, tussen circa 3 MHz en 8 MHz, bij voorkeur circa 5 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 15 mm en meer dan ongeveer 10 mm, en tussen circa 7 MHz en 25 MHz, bij voorkeur circa 15 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 10 mm. Dit biedt het voordeel dat de nominale frequentie goed overeenstemt met verzwakkingscondities van de kunststof wand

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt de aanwezigheid en/of de afwezigheid van een defect in de wand bepaald op basis van aankomsttijden bij de ontvanger van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal en op basis van een verzwakking van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal wanneer dit door de ontvanger is ontvangen. Dit biedt het voordeel dat de ToFD-methode wordt aangevuld met verzwakkingsgegevens, waarmee wordt voorzien in een betrouwbaarder bepaling van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in het kunststof materiaal.

In een uitvoeringsvorm is de wand een buiswand van een kunststof buizenstelsel, zoals een polyethyleen buizenstelsel.

Volgens een verder aspect van de uitvinding omvat de werkwijze het inspecteren van een eerste dieptegebied van de wand met behulp van de zender en ontvanger, het inspecteren van een ander, tweede, dieptegebied van de wand met behulp van ultrasone time-of-flight diffractie door een verdere ultrasone zender te verschaffen en een verder laag-frequent ultrasoon signaal in de wand te zenden, een verdere ultrasone ontvanger te verschaffen en het door de wand gezonden verdere ultrasone signaal te ontvangen. Aldus kan een dikke wand worden geïnspecteerd door de wand (denkbeeldig) in het eerste en tweede dieptegebied te verdelen en het eerste dieptegebied met behulp van de eerste zender en ontvanger te inspecteren en het tweede dieptegebied met behulp van de verdere, tweede, zender en ontvanger te inspecteren.

Bij voorkeur is een invalshoek van het ultrasone signaal in de wand verschillend voor de zender en de verdere zender. Bij voorkeur overlapt een zichtveld van de zender en ontvanger deels een zichtveld van de verdere zender en de verdere ontvanger.

Volgens de uitvinding wordt tevens voorzien in een systeem voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een buiswand, omvattende een ultrasone zender voor het in de wand zenden van een ultrasoon signaal met een nominale frequentie, een ultrasone ontvanger voor het ontvangen van het ultrasone signaal wanneer dit door de wand is gezonden, en een verwerkingseenheid voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in de wand op basis van een aankomsttijd bij de ontvanger van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal, waarbij de zender is ingericht voor het zenden van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal.

Bij voorkeur hebben de zender en ontvanger in hoofdzaak dezelfde nominale frequentie en in hoofdzaak dezelfde bandbreedte. In dat geval is het bedrijven van het systeem onafhankelijk van bepaalde verzwakking van hogere frequentiecomponenten van het ultrasone signaal, bijv. onafhankelijk van een bepaalde wanddikte.

Volgens de uitvinding wordt tevens voorzien in een ultrasone zender voor ultrasone inspectie van een kunststof wand, zoals een buiswand, bijv. een zender van het systeem, waarbij de zender is ingericht voor het zenden van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal.

Bij voorkeur omvat de zender een wig voor het tegen een oppervlak; van de kunststof wand aanleggen van de zender. Een geluidssnelheid in de wig kan lager zijn dan een geluidssnelheid in de te inspecteren kunststof wand. De wig kan bijv. gemaakt zijn van een materiaal met een geluidssnelheid die lager is dan de geluidssnelheid in het kunststof wandmateriaal. Dit biedt het voordeel dat het ultrageluid een bundel kan vormen met een grotere invalshoek ten opzichte van de normaalrichting in de wand dan in de wig.

Bij voorkeur heeft de wig een akoestische impedantie die in hoofdzaak gelijk is aan een akoestische impedantie van de te inspecteren kunststof wand. De wig kan bijv. gemaakt zijn van een materiaal met een akoestische impedantie die in hoofdzaak gelijk is aan de akoestische impedantie van het kunststof wandmateriaal, bijv. binnen ±30%. Dit biedt het voordeel dat weinig ultrasone energie bij het grensvlak tussen de wig en de kunststof wand wordt gereflecteerd.

Bij voorkeur heeft de wig een lage absorptie voor het ultrasone signaal. De wig kan bijv. gemaakt zijn van een materiaal met een lage absorptiecoëfficiënt voor het ultrasone signaal. Dit biedt het voordeel dat de invloed van de wig op de inspectie geminimaliseerd kan worden.

Volgens de uitvinding wordt tevens voorzien in een ultrasone ontvanger, ingericht voor het ontvangen van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal, waarbij een geluidssnelheid in de wig lager is dan een geluidssnelheid in de te inspecteren kunstof wand. De ontvanger kan een wig omvatten die soortgelijk of identiek is aan de wig van de zender volgens de uitvinding.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De uitvinding wordt thans beschreven aan de hand van, niet-beperkende, voorbeelden onder verwijzing naar de bijgaande tekening, waarbij:

Figuur 1 een schematische weergave toont van een eerste uitvoeringsvorm van een systeem voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een buiswand, volgens de uitvinding;

Figuur 2 een uitvoeringsvorm van een zender van het systeem volgens de uitvinding toont; en

Figuur 3 een schematische weergave van een systeem voor het inspecteren van een dikke kunststof wand volgens de uitvinding toont.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van een systeem 1 voor inspectie middels ultrasone Time-of-Flight Diffractie. In dit voorbeeld wordt het systeem 1 toegepast bij een stompe smeltlas 2 die twee secties 4, 6 van een buis van hoge-dichtheid polyethyleen (HDPE) van PE3408 verbindt. In dit voorbeeld heeft de buiswand 4, 6 een dikte van ongeveer 22 mm. In dit voorbeeld omvat het systeem 1 een zender 8 die is ingericht voor het in de buis 4 zenden van laag-frequent ultrageluid. In dit voorbeeld is de nominale frequentie van de zender 2.25 MHz. Een bandbreedte van de zender is in dit voorbeeld 2 MHz. Meer in het algemeen is de bandbreedte bij voorkeur meer dan 80%, bij grotere voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van de zender. In dezen wordt de bandbreedte gedefinieerd als de bandbreedte bij *6dB ten opzichte van de nominale frequentie van het ultrasone signaal.

In dit voorbeeld omvat het systeem 1 verder een ontvanger 10 die is ingericht voor het ontvangen van een door de buis 6 gezonden ultrasoon signaal. In het algemeen kan de ontvanger 10 een nominale frequentie hebben die in hoofdzaak gelijk is aan de nominale frequentie van de zender 8. Ook kan de bandbreedte van de ontvanger 10 in hoofdzaak gelijk zijn aan de bandbreedte van de zender 8.

In het voorbeeld van Fig. 1 omvat het systeem verder een verwerkingseenheid. 12. De verwerkingseenheid 12 is in dit voorbeeld ingericht voor het regelen van de zender 8. De verwerkingseenheid kan bijv. een signaalgenerator omvatten voor het genereren van een hoog-frequent elektrisch signaal om te zetten in het door de zender 8 te zenden ultrasone signaal. De verwerkingseenheid 12 kan ook zijn ingericht om een activeringssignaal aan de zender te verschaffen om de zender 8 in of uit te schakelen. De verwerkingseenheid 12 is in dit voorbeeld verder ingericht voor het ontvangen van een (elektrisch) signaal dat het door de ontvanger 10 ontvangen ultrasone signaal representeert. In dit voorbeeld omvat het systeem 1 verder een voorversterker 13. De voorversterker ontvangt het door de ontvanger 10 uitgevoerde signaal, versterkt dit signaal en zendt het versterkte signaal naar de verwerkingseenheid 12.

Het systeem 1 als hierboven beschreven kan als volgt worden toegepast bij een werkwijze voor inspectie middels ultrasone Time-of*Flight Diffractie van een kunststof wand.

De verwerkingseenheid 12 laat de zender 8 het ultrasone signaal zenden. Daartoe wordt de zender 8 in contact gebracht met de wand van de eerste buissectie 4. Het ultrasone signaal zal zich door de eerst buissectie voortplanten, zoals aangegeven met pijlen 14.i (i=l,2,3,..) in Fig. 1. Een deel van het ultrasone signaal zal zich door de eerst buissectie 4 voortplanten en invallen op de achterwand van de buis 4, zoals aangegeven met pijl 14.1. Daar zal het signaal worden gereflecteerd en zich door de tweede buissectie 6 voortplanten in de richting van de ontvanger 10, zoals aangegeven met pijl 16.1. Dit signaal wordt ook wel "achterwandsignaal" genoemd. Een ander deel van het ultrasone signaal is een compressiegolf die juist onder het oppervlak direct naar de ontvanger 10 loopt, zoals aangegeven met pijlen 14.4 en 16.4.

Dit signaal wordt ook wel "zijgolfsignaal" genoemd.

Een tussenruimte tussen de zender 8 en de ontvanger 10 is zodanig gekozen dat de (denkbeeldige) bundels van het ultrageluid als verzonden resp. ontvangen, elkaar snijden met een ingesloten hoek van ongeveer 120° bij 0.8 tot 1 maal het dieptebereik van belang, waarmee het dieptegebied waar defecten worden verwacht is gedekt. De bundels kunnen elkaar dus bij ongeveer 0.7 maal de wanddikte snijden.

Het zal duidelijk zijn dat de lengte van een traject dat door het ultrasone signaal van de zender 8 tot de ontvanger 10 wordt afgelegd korter is voor het zijgolfsignaal dan voor het achterwandsignaal. Dus is een tijdspanne die het ultrasone signaal nodig heeft om zich van de zender 8 naar de ontvanger 10 voort te planten (time*of-flight) korter voor het zijgolfsignaal dan voor het achterwandsignaal.

In het voorbeeld van Fig. 1 omvat de stomplas 2 een defect 18. Fig. 1 toont verder een eerste straaltraject 14.3, 16.3 dat wordt afgelegd door een ultrasoon signaal dat van een bovenste uiteinde van het defect 18 wordt gereflecteerd en een tweede straaltraject 14.2, 16.2 dat wordt afgelegd door een ultrasoon signaal dat van een onderste uiteinde van het defect 18 wordt gereflecteerd. Het zal duidelijk zijn dat de tijd die het ultrasone signaal nodig heeft om zich langs het eerste straaltraject en het tweede straaltraject voort te planten (time of flight) informatie verschaft over de positie (diepte) en grootte van het defect 18.

Het door de ontvanger 10 ontvangen ultrasone signaal zal informatie bevatten betreffende het zijgolfsignaal, het achterwandsignaal en het eerste en twee straaltraject. In algemene zin zal het door de ontvanger ontvangen signaal informatie bevatten welke representatief is voor een aanwezigheid en/of afwezigheid van het defect 18. Indien het defect 18 aanwezig is, zal het bij de ontvanger 10 ontvangen signaal informatie bevatten welke representatief is voor de positie (diepte) en grootte van het defect.

Indien geen defect aanwezig is, zal het bij de ontvanger ontvangen signaal in hoofdzaak alleen het zijgolfsignaal en het achterwandsignaal bevatten.

In dit voorbeeld zet de ontvanger 10 het ontvangen ultrasone signaal om in een elektronisch signaal en zendt het elektronische signaal dat representatief is voor het ontvangen ultrasone signaal naar de voorversterker 13, die het signaal versterkt en dit signaal naar de verwerkingseenheid 12 zendt. In dit voorbeeld digitaliseert de ontvanger 10 of de verwerkingseenheid 12 het elektronische signaal dat representatief is voor het ultrasone signaal met een bemonsteringssnelheid van ten minste vier maal de nominale ontvangerfrequentie. De verwerkingseenheid 12 kan het ontvangen signaal weergeven, bijvoorbeeld als D*scan. De D-scan kan bijv. 25 A-scans per inch omvatten. De aanwezigheid en/of afwezigheid, en eventueel de positie en/of grootte van het defect wordt bepaald op basis van de time-of-flight van het ultrasone signaal. Desgewenst kan het systeem 1 verder een scanframe omvatten voor het automatisch scannen van de zender 8 en ontvanger 10 langs de omtrek van de buiswand voor het automatisch op defecten inspecteren van de gehele stomplas.

Een ijking van het systeem 1 kan worden uitgevoerd door de positie en/of grootte van een bekend defect in een ijkwand te bepalen en de bepaalde positie en/of grootte met de bekende positie en/of grootte te vergelijken. Aldus kan een dieptewaarde van het systeem 1 worden geijkt.

Bij het inspecteren van de HDPE-buiswand 4, 6, met behulp van het systeem 1, zal het HDPE-materiaal de tendens vertonen een deel van het door de zender 8 verschafte ultrasone signaal te absorberen. Deze absorptie is voornamelijk van invloed op hogere frequenties binnen het door de zender 8 verschafte ultrasone signaal. Het HDPE-buiswandmateriaal kan gezien worden als een laag-doorlaatfilter die werkt op het ultrasone signaal dat zich door de HDPE-buiswand 4, 6 voortplant.

Door de zender 8 het ultrasone signaal te laten verschaffen met de grote bandbreedte van meer dan ongeveer 80% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal wordt het voordeel verkregen dat ondanks de lage* doorlaatfiltering van het HDPE-materiaal het ultrasone signaal nog genoeg energie kan bevatten om bij de ontvanger te worden gedetecteerd.

In dit voorbeeld verschaft de ultrasone zender in de vrije ruimte het ultrasone signaal met een nominale frequentie van 2.25 MHz en met de —6dB punten liggend bij 1.25 resp. 3.25 MHz, d.w.z. met de bandbreedte van ongeveer 90%. Na zending door de HDPE-buiswand 4,6 heeft het bij de ontvanger 10 gedetecteerde ultrasone signaal in dit voorbeeld een middelfrequentie van 1.4 MHz en -6dB punten bij 1.1 resp. 1.7 MHz. Aldus is de bandbreedte tot ongeveer 40% afgenomen door verzwakking van voornamelijk de hogere frequentiecomponenten.

Het zal duidelijk zijn dat naarmate de kunststof wand dikker is, de hogere frequentiecomponenten van het ultrasone signaal meer verzwakt zullen worden. Aldus kan de nominale frequentie van het door de zender 8 verschafte ultrasone signaal in afhankelijkheid van de dikte van de te inspecteren kunststof wand gekozen worden. Bij voorkeur geldt hoe dikker de wand des te lager de nominale frequentie.

Dus terwijl het ultrasone signaal zich door de eerste en/of tweede buissectie 4,6 voortplant, wordt het ultrasone signaal, met name de hogere frequentiecomponenten daarvan, verzwakt. In een geavanceerde uitvoeringsvorm is de verwerkingseenheid 12 ingericht voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect, en eventueel de positie en/of grootte, ook op basis van de verzwakking van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal wanneer dit door de ontvanger wordt ontvangen en wordt doorgegeven aan de voorversterker 13. Het zal duidelijk zijn dat de verzwakking, net als de time-of-flight, kan worden geijkt, en aldus een nauwkeuriger bepaling van de aanwezigheid en/of afwezigheid, en eventueel de positie en/of grootte van het defect mogelijk kan maken. Het is bijvoorbeeld mogelijk een positie van het defect als bepaald op basis van de time-of-flight te corrigeren met behulp van een gemeten verzwakking voor het straaltraject dat overeenkomt met de defectpositie. Daarnaast, of als alternatief, kan de verwerkingseenheid 12 ingericht zijn voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect, en eventueel de positie en/of grootte, ook op basis van een verschuiving van de middelfrequentie van het door de ontvanger ontvangen ultrasone signaal. Het zal duidelijk zijn dat de frequentieverschuiving, net als de time-of-flight, kan worden geijkt, en aldus een nauwkeuriger bepaling van de aanwezigheid en/of afwezigheid en eventueel de positie en/of grootte van het defect mogelijk kan maken. Het is bijvoorbeeld mogelijk een positie van het defect als bepaald op basis van de time-of-flight te corrigeren met behulp van een gemeten frequentieverschuiving voor het straaltraject dat overeenkomt met de defectpositie.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van een zender 8 van het systeem 1. De zender omvat een transducent 20 die is ingericht voor het genereren van het ultrasone signaal in responsie op een elektronisch signaal dat via een draad 22 aan de transducent 20 wordt toegevoerd. In dit voorbeeld omvat de transducent 20 een éénkristallige compressie(langs)golfsonde. De zender 8 omvat verder een wig 24. De wig 24 is ingericht voor inkoppeling van het ultrasone signaal in de buiswand onder een gewenste invalshoek ten opzichte van de normaal van de buiswand. De gewenste invalshoek, binnen de buiswand, ligt bij voorkeur tussen 55° en 70°, bijvoorbeeld rond 60°.

Bij voorkeur heeft het wigmateriaal een geluidssnelheid c die lager is dan de geluidssnelheid van het kunststof wandmateriaal, in dit voorbeeld lager dan de geluidssnelheid in het HDPE-materiaal. Aldus heeft de bundel ultrageluid bij refractie ter plaatse van een grensvlak tussen de wig en de buiswand een grotere invalshoek in het wandmateriaal dan in het wigmateriaal.

In dit voorbeeld is de wig gemaakt van polymethylpenteen. Polymethylpenteen (TPX) heeft een geluidssnelheid van ongeveer 2030 m/sec die lager is dan de geluidssnelheid in HDPE (ongeveer 2431 m/sec). Op gemerkt wordt dat polymethylmethacrylaat (Perspex), wat een gebruikelijk wigmateriaal is, een geluidssnelheid heeft van ongeveer 2730 m/sec, die hoger is dan de geluidssnelheid in HDPE en derhalve niet de voorkeur geniet.

De akoestische impedantie Z van een materiaal wordt gedefinieerd als het product van de dichtheid p (rho) (kg/m3) en geluidssnelheid c (m/s) van dat materiaal. Z wordt uitgedrukt in kg/m2s. Bij voorkeur ligt de akoestische impedantie Z van het wigmateriaal dichtbij de akoestische impedantie van het kunststof wandmateriaal. Aldus wordt reflectie van ultrasoon signaal bij het grensvlak tussen de wig en de wand geminimaliseerd, dus gevoeligheid wordt gemaximaliseerd. Bij voorkeur ligt de akoestische impedantie tussen 0.7 en 1.3 maal de akoestische impedantie van het wandmateriaal, bij grotere voorkeur tussen 0.85 en 1.15 maal.

Voor HDPE is p ongeveer 960 kg/m3, is c ongeveer 2431 m/s, en is Z dus ongeveer 2,3.106kg/m2s. Voor polymethylpenteen is p ongeveer 830 kg/m3, is c ongeveer 2030 m/s, en is Z dus ongeveer 1,8.106 kg/m2s. Voor polymethylmethacrylaat is p ongeveer 1190 kg/m3, is c ongeveer 2730 m/s, en is Z dus ongeveer 3,2.106 kg/m2s. Derhalve is polymethylpenteen ook ten aanzien van akoestische impedantie een geschikt wigmateriaal.

Bij voorkeur heeft de wig een lage absorptie voor het ultrasone signaal. De wig kan bijv. gemaakt zijn van een materiaal met een lage absorptiecoëfficiënt.

In het voorbeeld van Fig. 2 heeft de wig 24 een concaaf ondervlak 26. Een krommingsstraal van het concave ondervlak komt overeen met een krommingsstraal van het buitenvlak van de buiswand 4. Aldus maakt de wig 24 goed contact met de buiswand zodat ultrageluid efficiënt van de wig 24 in de wand 4 kan worden gezonden. Desgewenst kan een koppelmiddel, zoals een koppelmiddel op waterbasis, worden ingebracht tussen de wig 24 en de buis 4.

Het zal duidelijk zijn dat de ontvanger 10 van het systeem kan zijn voorzien van een transducent voor het ontvangen van het ultrasone signaal en een soortgelijke wig als de wig van de zender als beschreven met betrekking tot Fig. 2.

Gevonden is dat de nominale zenderfrequentie bij voorkeur in afhankelijkheid van de wanddikte van de buis 4, 6 dient te worden gekozen. Voor relatief dikke wanden van meer dan 15 mm, bijv. 22 mm, heeft de lage nominale frequentie van 1-4 MHz, bijvoorbeeld ongeveer 2.25 MHz de voorkeur. Voor in het middenbereik gelegen wanddikten van ongeveer 10-15 mm heeft een nominale frequentie van ongeveer 3-8 MHz, bijvoorbeeld 5 MHz, de voorkeur. Voor relatief dunne wanden van minder dan 10 mm heeft een nominale frequentie van 7-25 MHz, bijvoorbeeld 15 MHz, de voorkeur. Deze de voorkeur genietende nominale frequenties bieden het voordeel dat het ultrasone signaal niet te veel wordt verzwakt binnen de wand terwijl voorzien wordt in een goede ruimtelijke resolutie voor het detecteren van de aanwezigheid en/of afwezigheid, en eventueel de positie en/of grootte, van het defect.

In een uitvoeringsvorm is de transducent 20 voor het genereren van het ultrasone signaal een eenkristallige sonde. Bij voorkeur is een grootte van de kristal omgekeerd evenredig aan de nominale frequentie van de zender/ontvanger. De zender die bij 2.25 MHz zendt kan bijvoorbeeld een kristal bezitten met een dwarsdiameter van ongeveer 12.7 mm (0.5”). De zender die bij 15 MHz zendt kan bijvoorbeeld een kristal bezitten met een dwarsdiameter van ongeveer 3.2 mm (0.125”) tot ongeveer 6.4 mm (0.25”).

Voor zeer dikke wanddikten van bijv. meer dan 70*80 mm kan de wand in twee zones op defecten gescand worden. Fig. 3 toont een voorbeeld van een systeem 1’ voor ultrasone ToFD-inspectie van een dergelijke zeer dikke wand 4,6. Het systeem 1’ omvat een eerste stel van een eerste zender 8.1 en een eerste ontvanger 10.1 voor het verschaffen en detecteren van het ultrasone signaal bij een eerst invalshoek oei. Het systeem Γ omvat voorts een tweede stel van een tweede zender 8.2 en een tweede ontvanger 10.2 voor het verschaffen en detecteren van het ultrasone signaal bij een tweede invalshoek oi2. De eerste invalshoek ai is in dit voorbeeld ongeveer 60°, terwijl de tweede invalshoek a2 ongeveer 45° is. Voor de zeer dikke wanddikte heeft de zeer lage nominale frequentie de voorkeur. Het eerste stel van de zender 8.1 en de ontvanger 10.1 zal dan het zijgolfsignaal detecteren. Het tweede stel van de zender 8.2 en de ontvanger 10.2 zal dan het achterwandsignaal detecteren. In Fig. 3 is te zien dat de detectiegebieden van het eerste stel en het tweede stel elkaar bij L overlappen. Aldus maken de beide stellen in combinatie het mogelijk de gehele dikte, althans het gehele gebied van belang, van de zeer dikke wand te inspecteren. Het zal duidelijk zijn dat het eerste stel en het tweede stel niet tegelijkertijd op de wand hoeven te worden toegepast.

Tabel 1 laat voorbeelden zien van de invalshoek (Sondehoek), nominale zender* en ontvangerfrequentie (Sondefrequentie) en scheiding tussen de zender en de ontvanger (Sondescheiding(index tot lasmiddellijn)). In het voorbeeld van Tabel 1 is de scheiding aangegeven als de som van de daadwerkelijke afstand van de zender tot de lasmiddellijn en de daadwerkelijke afstand van de ontvanger tot de lasmiddellijn.

Tabel. 1

In de voorgaande beschrijving is de uitvinding beschreven aan de hand van specifieke voorbeelden van uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Het is echter evident dat daarin velerlei modificaties en wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder de ruimere geest en omvang van de uitvinding als neer gelegd in de bijgaande conclusies te buiten te gaan.

In de voorbeelden is polyethyleen van het type PE3408 gebruikt. Andere typen polyethyleen kunnen echter worden toegepast, zoals PE4710. Ook kunnen andere typen kunststof overeenkomstig de uitvinding geïnspecteerd worden.

In de voorbeelden is de wand een buiswand. Het zal duidelijk zijn dat de wand ook bijv. een in hoofdzaak vlakke wand kan zijn.

Andere modificaties, varianten en alternatieven zijn echter eveneens mogelijk. De specificaties, tekeningen en voorbeelden dienen derhalve in illustratieve zin in plaats van in beperkende zin gezien te worden.

In de conclusies dienen tussen haakjes geplaatste verwijzingstekens niet als de conclusie beperkend geïnterpreteerd te worden. Het woord 'omvattend(e)' sluit de aanwezigheid van andere dan de in een conclusie opgesomde onderdelen en stappen niet uit. Voorts dient het woord 'een' niet geïnterpreteerd te worden als zijnde beperkt tot 'slechts één’ maar wordt het gebruikt om 'ten minste één' aan te duiden en sluit het geen meervoudigheid uit. Het enkele feit dat bepaalde maatregelen in onderling verschillende conclusies worden opgesomd wil niet zeggen dat een combinatie van deze maatregelen niet met voordeel kan worden toegepast.

Claims

1. Werkwijze voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een buiswand, omvattende: het verschaffen van een ultrasone zender en het in de wand zenden van een ultrasoon signaal met een nominale frequentie, het verschaffen van een ultrasone ontvanger en het ontvangen van het door de wand gezonden ultrasone signaal, waarbij het door de zender verschafte ultrasone signaal een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het door de zender verschafte ultrasone signaal heeft.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de nominale frequentie van het ultrasone signaal in afhankelijkheid van een wanddikte van de wand wordt gekozen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de nominale frequentie ligt tussen circa 1 MHz en 4 MHz, bij voorkeur circa 2.25 MHz, voor wanden met een dikte van meer dan ongeveer 15 mm, tussen circa 3 MHz en 8 MHz, bij voorkeur circa 5 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 15 mm en meer dan ongeveer 10 mm, en tussen circa 7 MHz and 25 MHz, bij voorkeur circa 15 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 10 mm.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, omvattende het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in de wand op basis van aankomsttijden bij de ontvanger van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal en op basis van een verzwakking van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal wanneer dit door de ontvanger is ontvangen.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de wand een kunststof buizenstelsel, zoals een polyethyleen buizenstelsel is.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze omvat het inspecteren van een eerste dieptegebied van de wand met behulp van de zender en ontvanger, het inspecteren van een ander, tweede, dieptegebied van de wand met behulp van ultrasone time-of-flight diffractie door het verschaffen van een verdere ultrasone zender en het in de wand zenden van een verder ultrasoon signaal, het verschaffen van een verdere ultrasone ontvanger en het ontvangen van het door de wand gezonden verdere ultrasone signaal.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij een invalshoek van het ultrasone signaal in de wand verschillend is voor de zender en de verdere zender.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de ultrasone ontvanger een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie heeft.

9. Systeem voor inspectie middels ultrasone time-of-flight diffractie van een kunststof wand, zoals een buiswand, omvattende: een ultrasone zender voor het in de wand zenden van een ultrasoon signaal met een nominale frequentie, een ultrasone ontvanger voor het ontvangen van het ultrasone signaal wanneer dit door de wand is gezonden, en een verwerkingseenheid voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in de wand op basis van een aankomsttijd bij de ontvanger van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal, waarbij de zender is ingericht voor het zenden van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal.

10. Systeem volgens conclusie 9, warbij de ontvanger is ingericht voor het ontvangen van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal.

11. Systeem volgens conclusie 9 of 10, waarbij de nominale frequentie van het ultrasone signaal in afhankelijkheid van een wanddikte van de wand is gekozen.

12. Systeem volgens conclusie 11, waarbij de nominale frequentie ligt tussen circa 1 MHz en 4 MHz, bij voorkeur circa 2.25 MHz, voor wanden met een dikte van meer dan ongeveer 15 mm, tussen circa 3 MHz en 8 MHz, bij voorkeur circa 5 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 15 mm en meer dan ongeveer 10 mm, en tussen circa 7 MHz and 25 MHz, bij voorkeur circa 15 MHz, voor wanden met een dikte van minder dan ongeveer 10 mm.

13. Systeem volgens één der conclusies 9-12, waarbij de verwerkingseenheid is ingericht voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van het defect in de wand verder op basis van een verzwakking van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal wanneer dit door de ontvanger is ontvangen.

14. Systeem volgens één der conclusies 9-13, waarbij de verwerkingseenheid verder is ingericht voor het bepalen van een positie en/of grootte van het defect.

15. Systeem volgens één der conclusies 9-14, voorts omvattende een verdere ultrasone zender voor het in de wand zenden van een verder ultrasoon signaal, en een verder ultrasone ontvanger voor het ontvangen van het door de wand gezonden verdere ultrasone signaal, waarbij de verwerkingseenheid is ingericht voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in een eerste dieptegebied van de wand op basis van een aankomsttijd bij de ontvanger van het door de zender uitgezonden ultrasone signaal en voor het bepalen van de aanwezigheid en/of afwezigheid van een defect in een tweede dieptegebied van de wand op basis van een aankomsttijd bij de verdere ontvanger van het door de verdere zender uitgezonden verdere ultrasone signaal.

16. Systeem volgens conclusie 15, waarbij een invalshoek van het ultrasone signaal in de wand verschillend is voor de zender en de verdere zender.

17. Ultrasone zender voor ultrasone inspectie van een kunststof wand, zoals een buiswand, waarbij de zender is ingericht voor het zenden van het ultrasone signaal met een bandbreedte van meer dan 80%, bij voorkeur meer dan 100% van de nominale frequentie van het ultrasone signaal, waarbij een geluidssnelheid in de wig lager is dan een geluidssnelheid in de te inspecteren kunststof wand.

18. Ultrasone zender volgens conclusie 17, omvattende een wig voor het tegen een oppervlak van de kunststof wand aanleggen van de zender.

19. Ultrasone zender volgens conclusie 18, waarbij de wig een akoestische impedantie heeft die in hoofdzaak gelijk is aan een akoestische impedantie van de te inspecteren kunststof wand.

20. Ultrasone zender volgens één der conclusies 18-19, waarbij de wig een lage absorptie voor het ultrasone signaal heeft.