DE10036136A1 - Prüfanordnung zur Kontrolle eines Prüfgerätes oder eines Prüfkopfes, Referenz-Einheit der Prüfanordnung und Verfahren zur Kontrolle eines Prüfgerätes oder eines Prüfkopfes - Google Patents

Abstract

Zur Kontrolle eines Prüfgerätes oder eines Prüfkopfes, insbesondere eines Ultraschallgerätes oder Ultraschallprüfkopfes, wird eine Prüfanordnung mit einem kalibrierten Referenz-Prüfgerät und einem kalibrierten Referenz-Prüfkopf (15) zur Untersuchung eines Referenz-Prüflings, mit Mitteln zum Senden und Empfangen der am Referenz-Prüfling erzeugten Signale und mit einer Prüfkopfhalterung, die fest mit dem Referenz-Prüfling verbunden ist, eingesetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Kontrolle oder Überwachung von Prüfgeräten. Insbesondere betrifft sie die die Kalibrierung von Prüfgeräten und -köpfen, speziell von Ultraschallprüfgeräten und -köpfen.

Die Verwendung von Ultraschall-Reflexionen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist bekannt. Die Werkstoffprüfung kann verwendet werden, um Wanddickenmessungen durchzuführen oder aber Defekte (beispielsweise Risse) im Werkstück aufzufinden. Eine weitere Anwendung ist die Überprüfung von Punktschweissverbindungen.

Metallische und nicht-metallische Werkstoffe sind oftmals gute Schallleiter. Wird ein mechanischer Impuls (Schallimpuls) in die Oberfläche eingebracht (z. B. durch einen Schlag), so pflanzt sich dieser mit Schallgeschwindigkeit im Innern fort, wird an Grenzflächen (Werkstoffoberflächen ebenso wie Korngrenzen im Inneren) reflektiert, gebrochen oder gestreut. Aus der Laufzeit des Impulses läßt sich bei bekannter Schallgeschwindigkeit der zurückgelegte Wert errechnen und daraus die Position eines Reflektors angeben (Wanddickenmessung, Bestimmung der Fehlertiefenlage). Als Schallerzeuger dienen bei der Ultraschallprüfung elektromechanische Wandler (piezoelektrische Schwinger), die bei der meistverwandten Impuls-Echo-Technik sowohl den Sendeimpuls erzeugen als auch das Echosignal empfangen. Die Bauart des Ultraschallprüfkopfes bestimmt dabei u. a. die Ausbreitungsrichtung des Schallimpulses im Werkstück, so dass z. B. Schweißnähte auch vom benachbarten Grundwerkstoff aus untersucht werden können. Die Echo-Signale werden im allgemeinen auf einem Oszilloskop-Bildschirm dargestellt (x-Achse = Laufzeit; y-Achse = Echohöhe bzw. Intensität des Empfangssignals). Aus den Oszillogrammen kann der erfahrene Prüfer Ort, Größe und Form der Reflexionsstelle ermitteln. Hierzu sind meist mehrere Prüfschritte mit verschiedenen Ultraschallprüfköpfen erforderlich.

Ultraschallprüfgeräte und -köpfe müssen von Zeit zu Zeit auf ihre Genauigkeit hin kontrolliert werden. Dies geschieht durch das sogenannte Kalibrieren, d. h., das Eichen oder Abgleichen der entsprechenden Meßgeräte. Hierunter versteht man allgemein das Vergleichen der zu verwendenden Meßgeräte mit sogenannten Normalen oder Referenzen. Bei diesen Normalen handelt es sich um mit besonderer Genauigkeit hergestellte Maßstäbe, die zur Kontrolle von anderen Geräten dienen.

In der Vergangenheit waren solche Kalibrierungen sehr kostenintensiv und konnten nur dort durchgeführt werden, wo die entsprechenden Kalibrierkörper installiert waren. Ihre Durchführung benötigte meist exakte Kenntnisse der entsprechenden Geräte, so dass eine schnelle, einfache Durchführung nicht gewährleistet war.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, schnelle und kostengünstige Kalibrierung von Prüfgeräten, insbesondere von Ultraschallprüfgeräten oder -köpfen, zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prüfanordnung bereitzustellen, die es erlaubt, eine Kalibrierung bei guter Reproduzierbarkeit der Ergebnisse mobil durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird durch eine Prüfanordnung nach Anspruch 1, eine Referenz-Einheit nach Anspruch 6 und ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Prüfanordnung hat den Vorteil, dass sie kostengünstig herstellbar ist und bei guter Reproduzierbarkeit der Ergebnisse einfach gehandhabt werden kann. Ein weiterer großer Vorteil ist ihre einfache Herstellbarkeit. Sie bietet die Vorteile einer sehr einfachen Handhabung, geringer Herstellkosten und komplexe Einsatzmöglichkeiten. Im Rahmen der Prüfmittelüberwachung können Ultraschallprüfköpfe, z. B. für Punktschweissverbindungen, sowie die dazugehörigen Geräte auf ihre Funktion überwacht werden.

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, dass sie eine schnelle Kalibrierung erlaubt.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung und das der Erfindung zugrunde liegende, aus dem Stand der Technik bekannte Impulsechoverfahren anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erste Referenz-Einheit einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung zur Kontrolle von Ultraschallprüfköpfen oder Prüfgeräten in der Draufsicht (Fig. 1a) und in der Seitenansicht (Fig. 1b);

Fig. 2 eine zweite Referenz-Einheit einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung in der Draufsicht (Fig. 2a) und in der Seitenansicht (Fig. 2b).

Fig. 3 eine Ultraschallprüfanordnung zur Durchführung des aus dem Stand der Technik bekannten Impulsechoverfahrens;

Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass eine Ultraschallprüfanordnung 1 zur Durchführung des Impulsechoverfahrens zur zerstörungsfreien Untersuchung einer Probe 2 eingesetzt werden kann. Ein mittels eines Impulsgebers 3 erzeugter Ultraschallimpuls wird über einen Sender 4 auf bzw. in die Probe 2 übertragen. Ein Riß 5 innerhalb des Werkstoffes der Probe 2 kann erkannt werden. Mit Hilfe eines Empfängers 6, eines Verstärkers 7 und einem Sichtgerät 8 können das Echo 9 der Einkoppelfläche 10, das dem Riß 5 zugeordnete Echo 11 und das an der Endfläche 12 reflektierte Echo 13 am Sichtgerät 8 beobachtet werden.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, setzt sich eine Referenz-Einheit 14, die Teil einer Prüfanordnung zur Kontrolle von Ultraschallprüfgeräten oder Ultraschallprüfköpfen ist, aus einer mit einem Referenz-Ultraschallprüfkopf 15 kombinierbaren Prüfkopfhalterung 16 (Einzelteile 16a und 16b) und einem Referenz-Prüfling 17 aus Metall zusammen. Die Referenz-Einheit 14 ist weiterhin mit einem an den Referenz- Ultraschallprüfkopf 15 anschließbaren, in der Figur nicht gezeigten Referenz- Ultraschallprüfgerät kombinierbar. Unter dem Referenz-Ultraschallprüfgerät ist ein kalibriertes Ultraschallgerät zu verstehen. Bei dem Referenz-Ultraschallprüfkopf 15 kann es sich um einen handelsüblichen Senkrecht-Ultraschallprüfkopf handeln. Der Referenz- Ultraschallprüfkopf 15 sollte dabei selbst vorher kalibriert worden sein und ein ausgemessenes, einwandfreies Schallfeld aufweisen. Selbstverständlich sollte er keine sichtbaren äußeren Schäden aufweisen, die das Ultraschallsignal oder die Handhabung beeinflussen könnten. Der Referenz-Ultraschallprüfkopf 15 und der Referenz-Prüfling 17 sind über die Prüfkopfhalterung 16 fest miteinander verbunden, bspw. durch Verschrauben oder Verkleben oder Verschweißen. Die Teile 16a und 16b der Prüfkopfhalterung 16 sind aus Aluminium gefertigt und werden miteinander verschraubt. Der Referenz-Prüfling 17 besteht aus einem möglichst feinkörnigen, homogenen Stahl, um Streuungen der Echoimpulse an den Korngrenzen möglichst gering zu halten. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von X5 CrNi 10-Stahl. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche des Referenz-Prüflings 17 geläppt.

Die Durchführung der Prüfung des zu kalibrierenden Ultraschall-Prüfgerätes oder des Ultraschallprüfkopfes geschieht in folgender Weise: An das Referenz-Gerät, ein bereits kalibriertes Ultraschallgerät, wird die Referenz-Einheit 14 angeschlossen. Die Ultraschallparameter werden dabei entsprechend den Herstellerangaben des Referenz- Gerätes eingestellt. Die Echofolge wird auf einem Bildschirm dargestellt (siehe Fig. 1). Es wird ein sogenanntes A-Bild des Referenz-Gerätes erzeugt. Dieses Bild wird auf dem Bildschirm eingefroren.

Nun wird das zu überprüfende Ultraschallgerät, das die gleichen Parametereinstellungen wie das Referenz-Gerät erfährt, an das die Referenz-Einheit 14 angeschlossen und wiederum ein A-Bild erzeugt.

Der Vergleich der beiden A-Bilder läßt dann eine Beurteilung des zu kalibrierenden oder zu prüfenden Gerätes zu. Die heranzuziehende Meßgröße zur Kontrolle von Geräten oder Prüfköpfen ist die Einheit dB (Dezibel). Eine Abweichung von mehr als 3 dB kann als Indikator für ein mangelhaftes Gerät oder einen mangelhaften Prüfkopf angesehen werden.

In ähnlicher Weise, wie oben für ein Prüfgerät beschrieben, kann auch eine Kontrolle eines Ultraschallprüfkopfes oder ein Abgleich von Ultraschallprüfköpfen 18 mit Hilfe der Referenz-Einheit 21 vorgenommen werden, indem der zu untersuchende Ultraschallprüfkopf 18 und ein Referenz-Ultraschallprüfkopf nacheinander mit der Prüfkopfhalterung 19 verbunden und an das kalibrierte Referenz-Gerät angeschlossen werden. Bei der Kontrolle eines Ultraschallprüfkopfes 18 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Prüfkopfhalterung 19 durch einen Positionierring auszubilden (Fig. 2), der eine gleichbleibend senkrechte Einschallung in einen Referenz-Prüfling 20 gewährleistet. Da mit der Verwendung der Prüfkopfhalterung 19 auch der Abstand des Ultraschallprüfkopfes 18 derselbe bleibt, kann ein evtl. auftretendes "Wandern" des A- Bildes auf dem Bildschirm verhindert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Ultraschallprüfanordnung

2

Probe

3

Impulsgeber

4

Sender

5

Riß

6

Empfänger

7

Verstärker

8

Sichtgerät

9

Echo

10

Einkoppelfläche

11

Echo

12

Endfläche

13

Echo

14

Referenz-Einheit

15

Referenz-Ultraschallprüfkopf

16

Prüfkopfhalterung

17

Referenz-Prüfling

18

Ultraschallprüfkopf

19

Prüfkopfhalterung

20

Referenz-Prüfling

Claims (8)

1. Prüfanordnung zur Kontrolle eines Prüfgerätes oder eines an ein Prüfgerät anschließbaren Prüfkopfes (18), mit einem kailibrierten Referenz-Prüfgerät, gegen welches das Prüfgerät austauschbar ist, und einem kalibrierten Referenz- Prüfkopf (15), gegen den der Prüfkopf (18) austauschbar ist, zur Untersuchung eines Referenz-Prüflings (17; 20), Mitteln zum Senden und Empfangen der am Referenz-Prüfling (17; 20) erzeugten Signale und einer Prüfkopfhalterung, die fest mit dem Referenz-Prüfling (17; 20) verbunden ist.

2. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Prüfgerät um ein Ultraschallprüfgerät und bei dem Prüfkopf (18) um einen Ultraschallprüfkopf handelt.

3. Prüfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenz-Prüfling (17; 20) aus einem feinkörnigen, homogenen Stahl besteht.

4. Prüfanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenz- Prüfling (17; 20) aus X5 CrNi 10-Stahl besteht.

5. Prüfanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Referenz-Prüflings (17; 20) geläppt ist.

6. Referenz-Einheit einer Prüfanordnung zur Kontrolle von Prüfgeräten oder Prüfköpfen, bestehend aus einem Referenzprüfling (17; 20), der mit einer Prüfkopfhalterung (16; 19) fest verbunden ist.

7. Referenz-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfhalterung (19) durch einen Positionierring ausgebildet ist.

8. Verfahren zur Kontrolle eines Prüfgerätes oder eines Prüfkopfes, insbesondere eines Ultraschallgerätes oder eines Ultraschallprüfkopfes, unter Verwendung der Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und der Referenz-Einheit nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Senden und Empfangen von Referenzsignalen mit Hilfe des Referenzgerätes und des Referenz-Prüfkopfes (15);
• b) Austausch des Referenzgerätes oder des Referenz-Prüfkopfes (15) gegen ein zu kontrollierendes Gerät oder einen zu kontrollierenden Prüfkopf (18);
• c) Senden und Empfangen von Signalen mit Hilfe des zu kontrollierenden Gerätes oder des zu kontrollierenden Prüfkopfes (18);
• d) Vergleich der erfassten Signale mit den Referenzsignalen.