DE10147722C1 - Messanordnung für Rohre mit drehbarer Abtastanordnung - Google Patents

Abstract

Messanordnung zur Prüfung der Materialbeschaffenheit eines Rohres (4), aufweisend eine dem zu untersuchenden Rohr (4) benachbart anordenbare Sonde (1) zur Beaufschlagung des Rohres (4) mit einer Analyse-Erregung und zur Erfassung der Erregungsantwort des Rohres (4), sowie eine Auswerteeinrichtung (9, 10) zur Auswertung der Erregungsantwort, wobei die Sonde (1) einen Sondengrundkörper (2), eine relativ zum Sondengrundkörper (2) um die Längsachse des Rohres (4) drehbar gelagerte Abtastanordnung (3) und eine Antriebseinrichtung (6) zur relativ zum Sondengrundkörper (2) gerichteten Drehung der Abtastanordnung (3) aufweist, wobei die Abtastanordnung (3) einen Querschnitt in Form eines mehr als die Hälfte des Umfanges des Rohres (4) umschließenden Ringsegments hat und bezüglich des Mittelpunktes gegenüberliegend angeordnete oder gleichmäßig voneinander beabstandete Prüfköpfe (7) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Prüfung der Material­ beschaffenheit eines Rohres, aufweisend eine dem zu untersuchenden Rohr be­ nachbart anordenbare Sonde zur Beaufschlagung des Rohres mit einer Analyse- Erregung und zur Erfassung der Erregungsantwort des Rohres, sowie eine Aus­ werteeinrichtung zur Auswertung der Erregungsantwort, wobei die Sonde einen Sondengrundkörper, eine relativ zum Sondengrundkörper um die Längsachse des Rohres drehbar gelagerte Abtastanordnung und eine Antriebseinrichtung zur rela­ tiv zum Sondengrundkörper gerichteten Drehung der Abtastanordnung aufweist. Als Analyse-Erregung zur Prüfung von Rohren sind aus dem Stand der Technik beispielsweise Röntgenstrahlung, Ultraschall oder Wirbelströme bekannt, es sind aber auch weitere geeignete Analyse-Erregungen denkbar. Die Erregungsantwort wird durch geeignete Detektoren innerhalb der Sonde erfasst.

Aus DE 34 00 046 A1 ist eine Messanordnung zur Prüfung von Schweißnähten längsgeschweißter Rohre mit einem Wirbelstromverfahren bekannt, bei der die Sonde durch eine gelenkige Halterung relativ zum Rohr schwenkbar angeordnet ist, um stets einen gleichen Abstand zum Rohr zu garantieren. Dort werden au­ ßerdem weitere Prüfverfahren wie Röntgenstrahlung oder Ultraschall erwähnt.

WO 01/01123 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren Prüfung von Schweißnähten längsgeschweißter Rohre mit einem Wirbelstromverfahren, bei dem auf das zu prüfende Rohr eine Wirbelstromsonde aufgesetzt wird und das Rohr während der Messung gedreht wird.

DE 197 26 513 A1 schlägt ein Verfahren zur Prüfung eines Rohres, insbesondere von Schweißnähten, mit einem Wirbelstromverfahren vor, bei dem die Sonde in das Rohr eingeführt wird.

DE 199 63 231 A1 offenbart eine Prüfeinrichtung zum Prüfen von langgestreckten Gegenständen, bei der die zu überprüfenden Gegenstände durch einen Rotierkopf geschoben werden, an dem Prüfköpfe angeordnet sind, die somit im wesentlichen kreisförmige Umlaufbahnen um den Gegenstand ausführen.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass keine vollständige Prüfung der Rohre in Umfangsrichtung möglich ist oder nur mit großem Aufwand wie durch ein Rotieren der Rohre oder durch Einführen der Rohre in die Vorrichtung möglich ist, was nur für gerade bzw. noch nicht mit weiteren Apparaturen verbundene Rohre ohne weiteres, glich ist. Eine Prüfung der Rohre von innen wie in DE 197 26 513 A1 ebenfalls nur problemlos für gerade Rohre möglich und nur so lange, wie das Rohrinnere noch zugänglich ist. Damit erlaubt keine der bekannten Anordnungen eine einfache und effektive Prüfung der Materialbeschaffenheit von Rohren in Umfangsrichtung, beispielsweise zur Prüfung von Schweißnähten in Umfangsrichtung.

EP 0775 911 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Prüfen eines rohrförmigen Werkstü­ ckes, bei der eine Abtastanordnung auf einem segmentförmigen Grundkörper um das Werkstück drehbar gelagert ist. Durch die Einführöffnung im Grundkörper ist jedoch eine vollständige Messung in Umfangsrichtung nur durch Drehen des Werkstückes möglich.

Aus EP 0 412 396 A2 geht eine Vorrichtung zum Prüfen eines Rohres als bekannt hervor, bei der ein an ausfahrbaren, bogenförmigen Sichelelementen angebrach­ ter Prüfkopf um einen rohförmigen Gegenstand herumgeführt werden kann. Je­ doch ist hierbei nur der Einsatz von einem Prüfkopf möglich, so dass keine redun­ danten Messwerte erzeugt werden können und eine vollständige Messung sehr viel Zeit in Anspruch nimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Messanordnung zur Prü­ fung der Materialbeschaffenheit eines Rohres bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik bezüglich einer Prüfung der Materialbeschaffenheit von Rohren insbesondere in Umfangsrichtung behebt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Die Erfindung umfasst eine Messanordnung zur Prüfung der Materialbeschaffen­ heit eines Rohres, aufweisend eine Sonde zur Beaufschlagung des Rohres mit einer Analyse-Erregung und zur Erfassung einer Erregungsantwort des Rohres, wobei die Sonde benachbart zu dem zu untersuchenden Rohr anordenbar ist, so­ wie eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung der Erregungsantwort. Die Son­ de weist einen Sondengrundkörper, eine hierzu drehbar gelagerte Abtastanord­ nung und eine für die Drehung notwendige Antriebseinrichtung auf. Als Erregung sind beispielsweise Wirbelströme, Röntgenstrahlung oder Ultraschall denkbar. Geeignete Sonden für solche Erregungen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, wie bereits eingangs dargestellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sonde folgendes auf:

• - eine Abtastanordnung mit einem Querschnitt in Form eines mehr als die Hälf­ te des Rohrumfanges umschließenden Ringsegments
• - mehrere auf der Abtastanordnung angebrachte Prüfköpfe, die bezüglich des Mittelpunkts der Abtastanordnung gegenüberliegend angeordnet sind oder gleichmäßig voneinander beabstandet sind.

Der Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass auf einfache Weise das Rohr in Um­ fangsrichtung vermessen werden kann, auch für den Fall, dass das Rohr nicht vollständig gerade geformt ist oder bereits mit anderen Bauteilen verbunden ist. Die Vermessung in Umfangsrichtung kann insbesondere zur Prüfung von Schweißnähten in Umfangsrichtung verwendet werden, aber auch zur Ermittlung sonstiger Materialbeschaffenheiten über den Umfang des Rohres. Auch ist die Messanordnung selbst sehr einfach aufgebaut, da sie im wesentlichen lediglich aus dem Sondengrundkörper und der Abtastanordnung besteht, also keine auf­ wändige, voluminöse und komplizierte Mechanik erforderlich ist. Damit kann eine Prüfung von Rohren auch in Bereichen erfolgen, in denen nur wenig Raum zur Verfügung steht. Die Abtastanordnung kann aufgrund ihrer drehbaren Lagerung um die Längsachse des Rohres herumbewegt werden und auf diese Weise leicht das Rohr in Umfangsrichtung abtasten. Mit mehreren Prüfköpfen ist einerseits ei­ ne zusätzliche Redundanz für die Messung möglich, andererseits kann eine Mes­ sung schneller durchgeführt werden, da jeder Prüfkopf zur Durchführung einer einfachen Messung nur den halben Umfang des Rohres oder Teile davon abtas­ ten muss.

Es kann weiter vorgesehen werden, dass die Sonde zur Durchführung einer Diffe­ renzmessung von Erregungsantworten ausgebildet ist. Solche Arten von Sonden sind grundsätzlich aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt.

Um einen gewissen Bereich des Rohres in Umfangsrichtung zu vermessen, kann zusätzlich mindestens eine Vorrichtung zur Längsverschiebung der Abtastanord­ nung relativ zum Sondengrundkörper in Axialrichtung des Rohres vorgesehen werden. Damit kann ein Bereich mit einer begrenzten Ausdehnung, beispielsweise eine Schweißnaht in Umfangsrichtung, derart schrittweise vermessen werden, in­ dem zuerst ein erster Messschritt entlang des kompletten Umfanges des Rohres an einer bestimmten Stelle erfolgt, anschließend die Abtasteinrichtung eine gewis­ se Distanz längs des Rohres verschoben wird und eine erneute Vermessung ent­ lang des kompletten Umfanges erfolgt. Diese Schritte können mehrfach wiederholt werden, bis ein begrenzter Bereich vollständig vermessen ist.

Wenn vorgesehen werden soll, dass größere Bereiche des Rohres oder gar das ganze Rohr in Umfangsrichtung vermessen werden soll, so kann zusätzlich eine Vorrichtung zur Längsverschiebung der Sonde in Axialrichtung des Rohres vorge­ sehen werden. Dann kann z. B. die Sonde jeweils nach einer abgeschlossenen Teilmessung in Umfangsrichtung um eine gewisse Distanz weiter in Längsrichtung des Rohres verschoben werden und dort anschließend eine weitere Messung in Umfangsrichtung erfolgen.

Wie bereits ausgeführt können grundsätzlich verschiedene Arten von Analyse- Erregungen vorgesehen werden. So kann beispielsweise die Sonde zur Beauf­ schlagung und Erfassung einer Analyse-Erregung in Form von elektromagneti­ schen Feldern ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Sonde zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse- Erregung in Form von Wirbelströmen ausgebildet ist. Die Vorteile einer Wirbel­ stromprüfung sind bereits im oben genannten Stand der Technik ausgeführt.

Es kann aber grundsätzlich auch als Alternative vorgesehen sein, dass die Sonde zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse-Erregung in Form einer elekt­ romagnetischen Strahlung oder in Form von Ultraschall ausgebildet ist.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer kompletten Messanordnung,

Fig. 2 Schematische Darstellung der Sonde einer erfindungsgemäßen Mess­ anordnung

In Fig. 1 ist schematisch ein Beispiel für einen erfindungsgemäße Messanordnung dargestellt. Es ist dabei eine Sonde 1 für Wirbelstrommessungen vorgesehen, die im folgenden anhand der Fig. 2 detailliert erläutert werden soll. Diese Sonde 1 weist einen Sondengrundkörper 2 auf, in dem eine Abtastanordnung 3 drehbar gelagert ist. Der Sondengrundkörper kann weiterhin derart gestaltet sein, dass er mittels einer Klemmvorrichtung oder einer sonstigen formschlüssigen oder kraft­ schlüssigen Vorrichtung an einem Rohr 4 befestigt werden kann. Die sonstigen, zur Messung nötigen Komponenten können in den Sondengrundkörper 2 integriert werden. Die Abtastanordnung 3 dient zur Vermessung der Materialeigenschaften eines Rohres 4 entlang dessen Umfangsrichtung, insbesondere zur Vermessung von Schweißnähten in Umfangsrichtung, bevorzugt auch zusätzlich in axialer Richtung. Hierzu ist das Rohr 4 in die Abtasteinrichtung 3 eingeführt. Die weiteren Details ergeben sich aus Fig. 2.

Weiterhin ist an dem Sondengrundkörper 2 eine Halterung 8 vorgesehen, die ent­ weder zur Verbindung der Sonde 1 mit weiteren Apparaturen 11 oder als Haltegriff währen der Installation der Sonde 1 oder für eine manuelle Bedienung der Sonde 1 dient. Im Fall der Fig. 1 dient die Halterung 1 zur Verbindung der Sonde 1 mit einer Vorrichtung 11, die eine schrittweise Verschiebung der Sonde 1 in Axialrich­ tung des Rohres 4 gestattet, um so nach und nach größere Bereiche des Rohres 4 abzutasten. Eine solche Vorrichtung 11 ist jedoch optional.

Schließlich ist die Sonde über entsprechende Signalleitungen 12 mit einer Aus­ wertungseinrichtung 9, 10 zur Auswertung der Erregungsantwort verbunden, die im wesentlichen aus einer Datenverarbeitungseinrichtung 9 und einem Display 10 bestehen kann.

Fig. 2 zeigt die eine detailliertere Darstellung der Sonde 1. Die Abtasteinrichtung 3 ist dabei im wesentlichen in Form eines hohlen Zylindersegments ausgebildet, so dass der Querschnitt die Form eines Ringsegments besitzt. Die Abtasteinrichtung 3 weist eine Öffnung 5 auf, durch die ein zu prüfendes Rohr 4 in die Abtasteinrich­ tung 3 eingeführt werden kann. Der Innendurchmesser der Abtasteinrichtung ist gleich oder leicht größer als der Außendurchmesser des Rohres 4, so dass die Abtasteinrichtung 3 dem Rohr 4 möglichst benachbart angeordnet ist, trotzdem aber ein problemloses Einführen des Rohres 4 möglich ist. Gegebenenfalls kön­ nen z. B. geeignete Adapterstücke für unterschiedliche Rohrdurchmesser oder passende Lagerungen für die Rohre 4 in der Abtasteinrichtung 3 vorgesehen wer­ den.

Die Abtasteinrichtung 3 ist relativ zum Sondengrundkörper 2 drehbar gelagert. Zur Drehung und bevorzugt zusätzlich auch zum axialen Vorschub der Abtasteinrich­ tung 3 ist eine geeignete Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen, die in Fig. 2 nur schematisch angedeutet ist. Die Alternative des zusätzlichen axialen Vorschubes wird im Folgenden detaillierter erläutert. Die Abtasteinrichtung 3 umschließt bis auf die Öffnung 5 vollständig das Rohr 4 und durch eine Drehung der Abtasteinrich­ tung 3 um das Rohr 4 kann auf einfache Weise eine Vermessung des Rohres 4 in Umfangsrichtung und bevorzugt zusätzlich auch in axialer Richtung erfolgen, um beispielsweise die Güte einer Schweißnaht in Umfangsrichtung und bevorzugt zusätzlich auch in axialer Richtung zu ermitteln. Hierzu weist die Abtasteinrichtung 3 im Beispiel nach Fig. 2 zwei Prüfköpfe 7 auf, von denen jeder mit Spulen zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Rohr 4 sowie zu deren Erfassung ausges­ tattet sind, wobei die Spulen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass eine Differenzmessung von Wirbelstrom-Signalen erfolgen kann. Die Prüfköpfe 7 sind bezüglich des Mittelpunktes des Querschnittes der Abtasteinrichtung 3 einander gegenüberliegend angeordnet. Bei der Drehung der Abtasteinrichtung 3 um das Rohr 4 genügt im Fall einer Sonde nach Fig. 2 eine halbe Umdrehung der Abtast­ einrichtung 3 zur Vermessung des gesamten Umfanges des Rohres 4. Die Ab­ tastanordnung 3 kann idealerweise in beide Drehrichtungen (Linkslauf und Rechtslauf) gedreht werden.

Um einen begrenzten Bereich des Rohres 4 in Umfangsrichtung zu vermessen, kann zusätzlich oder alternativ zu der oben genannten Vorrichtung 11 mindestens eine Vorrichtung 13 wie beispielsweise eine Anordnung von Schrittmotoren zur Längsverschiebung der Abtastanordnung 3 relativ zum Sondengrundkörper 2 in Axialrichtung des Rohres 4 vorgesehen werden. In Fig. 2 ist schematisch ein Bei­ spiel dargestellt, bei dem Schrittmotoren 13 derart mit der Lagerung oder der An­ triebsvorrichtung 6 der Abtasteinrichtung 3 gekoppelt sind, dass ein Verschieben der Abtasteinrichtung 3 in Axialrichtung des Rohres 4 erfolgen kann. Damit kann ein Bereich mit einer begrenzten Ausdehnung, beispielsweise eine Schweißnaht in Umfangsrichtung, schrittweise vermessen werden. Es erfolgt zuerst ein erster Messschritt entlang des kompletten Umfanges des Rohres 4 an einer bestimmten Stelle, wie beispielsweise am Rand der Schweißnaht. Anschließend wird die Ab­ tasteinrichtung 3 eine gewisse Distanz längs des Rohres 4 verschoben, wobei diese Distanz beispielsweise durch Schrittmotoren 13 definiert werden kann. Es erfolgt eine erneute Vermessung entlang des kompletten Umfanges des Rohres 4. Diese Schritte können mehrfach wiederholt werden, bis ein begrenzter Bereich, wie beispielsweise die komplette axiale Ausdehnung einer Schweißnaht in Um­ fangsrichtung, vollständig vermessen ist.

Claims (8)

1. Messanordnung zur Prüfung der Materialbeschaffenheit eines Rohres (4), aufweisend eine dem zu untersuchenden Rohr (4) benachbart anordenbare Sonde (1) zur Beaufschlagung des Rohres (4) mit einer Analyse-Erregung und zur Erfassung der Erregungsantwort des Rohres (4), sowie eine Auswer­ teeinrichtung (9, 10) zur Auswertung der Erregungsantwort, wobei die Sonde (1) einen Sondengrundkörper (2), eine relativ zum Sondengrundkörper (2) um die Längsachse des Rohres (4) drehbar gelagerte Abtastanordnung (3) und eine Antriebseinrichtung (6) zur relativ zum Sondengrundkörper (2) ge­ richteten Drehung der Abtastanordnung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastanordnung (3) einen Querschnitt in Form eines mehr als die Hälfte des Umfanges des Rohres (4) umschließenden Ringsegments hat und be­ züglich des Mittelpunktes gegenüberliegend angeordnete oder gleichmäßig voneinander beabstandete Prüfköpfe (7) aufweist.

2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (1) zur Durchführung einer Differenzmessung von Erregungsantworten aus­ gebildet ist.

3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu­ sätzlich mindestens eine Vorrichtung (13) zur Längsverschiebung der Ab­ tastanordnung (3) relativ zum Sondengrundkörper (2) in Axialrichtung des Rohres (4) vorgesehen ist.

4. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass zusätzlich eine Vorrichtung (11) zur Längsverschiebung der Sonde (1) in Axialrichtung des Rohres (4) vorgesehen ist.

5. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sonde (1) zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse- Erregung in Form von elektromagnetischen Feldern ausgebildet ist.

6. Messanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (1) zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse-Erregung in Form von Wirbelströmen ausgebildet ist.

7. Messanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (1) zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse-Erregung in Form einer elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist.

8. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sonde (1) zur Beaufschlagung und Erfassung einer Analyse- Erregung in Form von Ultraschall ausgebildet ist.