DE102004022240A1

DE102004022240A1 - Fernbedienbare Ultraschall-Prüfvorrichtung

Info

Publication number: DE102004022240A1
Application number: DE102004022240A
Authority: DE
Inventors: Paul Buschke; Wolf-Dietrich Kleinert
Original assignee: GE Inspection Technologies Systems GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfvorrichtung (27). Diese weist auf: DOLLAR A a) ein Messgerät (10) mit einer Eingabeeinheit (18) mit Bedienfeldern (20) und einer Messwertanzeige (22) zur Visualisierung der Messergebnisse, DOLLAR A b) eine Fernbedienungseinheit (28), die mit dem Messgerät (10) verbindbar ist und auf der die Messwertanzeige (22) zur Visualisierung der Messergebnisse ebenfalls abgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfvorrichtung.
Es sind eine Vielzahl verschiedener Ultraschall-Messgeräte zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall und Wirbelstrom bekannt. Mit Hilfe solcher Messgeräte ist es möglich, Materialien zu prüfen und Fehler in ihrer Struktur aufzuspüren.

Derartige Messgeräte weisen eine Vielzahl von Bedienungsfunktionen und Einstellparameter auf, mit denen ein optimales Messergebnis erreichbar ist. Dies führt im Umkehrschluss jedoch dazu, dass die Bedienung eines solchen Prüfgerätes verhältnismäßig schwierig geworden ist und der Bediener bzw. zukünftige Prüfer zuvor ausgiebig geschult werden sollte. Dies wird üblicherweise im Rahmen von Schulungsveranstaltungen durchgeführt, bei denen eine Mehrzahl von Personen gleichzeitig ausgebildet wird. Dies wiederum setzt voraus, dass Ausbilder und Auszubildende an einem Ort zusammenkommen, um den Umgang mit dem Messgerät zu erlernen. Entsprechend sind derartige Schulungen aufwendig und kostenintensiv. Hinzu kommt, dass während der Schulung eine Vielzahl von Messgeräten zur Verfügung stehen muss. Oftmals ist es auch notwendig, Beamer oder ähnliche Geräte einzusetzen, damit alle Auszubildenden eine Messung gemeinsam verfolgen können.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass es vorkommen kann, dass der auf einem Messgerät angelernte Prüfer für eine Messung nicht anwesend ist. Ist diese Person nicht durch eine ebenfalls ausgebildete Person zu ersetzen, entstehen dadurch für Unternehmen, die auf Messergebnisse angewiesen sind, z.T. kaum zu kompensierende Wartezeiten bzw. Nachteile. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, dass eine ausgebildete Person bzw. ein ausgebildeter Prüfer von einem anderen Unternehmen oder beispielsweise dem Prüfgerätehersteller ausgeliehen wird. Auch dies ist mit hohem Aufwand und erheblichen Kosten verbunden, insbesondere deshalb, weil entweder die entsprechende Person zum Messgerät bzw. Prüfobjekt reisen oder das Prüfobjekt zum Prüfer gebracht werden muss.

Eine weitere Problematik ergibt sich dann, wenn eine Prüfung unvorhergesehen schwierig ist und die Meinung eines zweiten Prüfers eingeholt werden soll. Auch in diesem Fall ist es notwendig, dass der zweite Prüfer zum Prüfobjekt hinzukommt, um dort mit dem Messgerät zu arbeiten und ggfs. ein zweites Messergebnis zu produzieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ultraschallprüfvorrichtung zu schaffen, mit der die oben genannten Nachteile vermieden werden. Mit Hilfe der Ultraschall-Prüfvorrichtung soll es möglich sein, Schulungen kostengünstig und einfach durchführen zu können, die Zusammenarbeit mehrerer Prüfer an einem Objekt zu erleichtern und den Ausfall von Prüfern kostengünstig zu kompensieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ultraschall-Prüfvorrichtung gelöst, die aufweist:
ein Messgerät mit einer Eingabeeinheit mit Bedienfeldern und einer Mess wertanzeige,
einer Fernbedienungseinheit, die mit dem Messgerät verbindbar ist und auf der die Messwertanzeige zur Visualisierung der Messergebnisse ebenfalls abgebildet ist

Mit der erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfvorrichtung ist es möglich, dass eine ungelernte oder noch nicht ausreichend ausgebildete Person den Prüfkopf auf dem Prüfkörper führt, während eine weitere besser ausgebildete Person das Messgerät bzw. die Eingabeeinheit in Abhängigkeit der Messwertanzeige bedient. Dabei kann die Fernbedienungseinheit mit Hilfe eines Kabels oder kabellos mit dem Messgerät verbunden sein.

Vorzugsweise ist die Fernbedienungseinheit durch einen herkömmlichen Rechner, der einen Monitor und vorzugsweise eine Maus aufweist, gebildet. Dabei wird die Eingabeeinheit mit den Bedienfeldern und die Messwertanzeige, vorzugsweise das A-Bild, auf den Monitor übertragen, wobei mit Hilfe der Maus die Bedienfelder betätigt werden können. Somit ist auch eine Bedienung des Messgerätes über sehr weite Strecken, über Netzwerke und insbesondere auch über das Internet möglich.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein Messgerät mit mehreren Fernbedienungseinheiten verbindbar, so dass mehrere Personen abwechselnd das Messgerät bedienen können. Wenn vorteilhafterweise ein Rechner mit einem Monitor als Fernbedienungseinheit gewählt wird, ist es somit möglich, dass mehrere Personen unabhängig voneinander den Messvorgang verfolgen bzw. das Messgerät bedienen können. Somit ist es möglich, dass eine besser qualifizierte Person von jedem beliebigen Ort aus über das Internet den Messvorgang unterstützen kann. Auch ist es möglich, dass Schulungen über das Internet vorgenommen werden können, so dass die Nebenkosten, die beispielsweise durch die Anreise der Personen entstehen, gänzlich eingespart werden können.

Soll die Ultraschall-Prüfvorrichtung beispielsweise zu Schulungszwecken eingesetzt werden, erfolgt die Bedienung des Messgerätes über einen Rechner mit Monitor (im folgenden PC), wobei das Live-A-Bild direkt vom Messgerät auf den Bildschirm übertragen wird und die Aktionen auf dem Bildschirm einem größeren Publikum zugänglich gemacht werden können.

Zu diesem Zweck wird die Seite des Messgerätes, auf der sich die Eingabeeinheit und die Messwertanzeige befindet, üblicherweise die Frontseite des Gerätes, als grafische Bedienoberfläche mit Tasten, Drehrädern, Leucht(dioden)anzeigen und das Bildschirmdisplay, also die Messwertanzeige, auf den Monitor des PC's nachgebildet.

Die nachgebildeten Tasten lassen sich mit der Maus sozusagen drücken und die Drehknöpfe über Anwahlfelder „rastenweise" in beide Richtungen „drehen", wobei entsprechende Fernsteuercodes an das Gerät gesandt und von diesem entsprechend ausgeführt werden. Hierzu eignet sich beispielsweise als Übertragungs-Standart eine serielle RS232-Verbindung, andere gleichwirkende Verbindungen, z.B. eine direkte Verbindung nach USB-Standarts, sind aber ebenfalls möglich. Anstelle der Bedienung mit der Maus ist auch die Verwendung eines Touchscreens denkbar, bei dem die Eingabeeinheit über direkte Berührung bedient wird.

Weiterhin fragt ein auf dem Rechner hinterlegtes Programm über die serielle Verbindung in kurzen Intervallen den Zustand der wichtigsten Messwertdaten, beispielsweise den Zustand der wichtigsten Leuchtdioden ab. Das Messgerät sendet seinerseits ebenfalls über die serielle Verbindung die entsprechende Antwort an das Programm, welches die grafisch nachgebildete Leuchtdiodenanzeige passend „einschaltet" bzw. „ausschaltet".

Zur Darstellung der Messwertanzeige, insbesondere in Form der eines Bild schirmdisplays des Messgerätes auf dem Monitor bzw. dem Programmfenster, kann das Messgerät über einen RGB-(VGA-) Ausgang verfügen, dessen Bildsignal konvertiert und in den PC geleitet wird. Auch ist eine direkte Übertragung direkt über USB möglich. Da mit marktüblichen Konvertern diese Signalwandlung nur in zwei Schritten erfolgen kann, wird das VGA-Signal vorzugsweise zunächst von einem PC-TV Konverter in ein (FBAS- bzw. S-) Videosignal umgewandelt. Dieses Videosignal wird dann wiederum über einen so genannten Framegrabber per USB-Anschluss am PC verfügbar gemacht. Ein auf dem PC eingerichtetes Programm greift auf das Bildsignal über „Video für Windows" (VfW) bzw. „Windows Driver Model" (WDM) Systemfunktionen zu und stellt das aktuelle Bild, also die Messwertanzeige und die Abbildung der Eingabeeinheit laufend im Preview-Modus (Pixelgrafik) oder Overlay-Modus (Bild im-Bild-Verfahren) dar.

Die vorgestellte erfindungsgemäße Ultrasschallprüf-Vorrichtung eignet sich hervorragend für eine Kombination mit einer Webkamera, die Livebilder von vor Ort ebenfalls an den PC bzw. den Monitor überträgt. Bei einer Schulung übe ein Netzwerk ist es also möglich, das Prüfobjekt bzw. den Prüfvorgang zu zeigen.

Neben den beispielhaft beschriebenen Verbindungstechniken sind selbstverständlich alle geeigneten Verbindungstechniken einsetzbar. Diese werden sich in Zukunft sicherlich stark verändern und verbessern, die Kernidee der Erfindung wird dadurch jedoch nicht beeinflusst. Die Bildwiederholungsrate bzw. das Update der Daten des Messgerätes und der Fernbedienung muss so häufig wie möglich erfolgen, damit eine möglichst zeitnahe Steuerung des Messgerätes und eine entsprechend zeitnahe Darstellung der Messwerte, insbesondere des Live-A-Bildes, gewährleistet ist.

Anhand der nachfolgenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Die Beschreibung erfolgt auf Basis eines Ausführungsbeispiels, das keines falls limitierend sein soll. Es zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung eines Ultraschallmessgerätes,
2: eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfvorrichtung mit Rechner und Monitor, auf dem eine Eingabeeinheit und eine Messwertanzeige abgebildet ist.
1 zeigt beispielhaft den üblichen Aufbau eines Messgerätes 10 zur zerstörungsfreien Untersuchung von Prüfobjekten 12 mit Hilfe eines Prüfkopfs 14. Der Prüfkopf 14 kann mit Hilfe eines Kabels 16 mit dem Messgerät 10 verbunden sein, es kommen aber auch andere kabellose Verbindungen in Frage.
Das Messgerät weist eine Eingabeeinheit 18 mit Bedienfeldern 20 auf. Die Eingabeeinheit 18 kann beliebig auf dem Messgerät 10 angeordnet sein, im vorliegenden Beispiel sind die Bedienfelder 20 um eine Messwertanzeige 22 zur Visualisierung der Messergebnisse angeordnet.
Die Bedienfelder 20 können z.B. durch Tasten 23 oder auch, wie im vorliegenden Beispiel durch Drehknöpfe 24 gebildet sein. Mit Hilfe der Eingabeeinheit 18 bzw. der Bedienfelder 20 wird das Messgerät 10 gesteuert bzw. bedient. Im dargestellten Beispiel ist ein Messgerät 10 des Typs USM 35 gezeigt, es sind jedoch auch andere Messgeräte geeignet.
Auf der Messwertanzeige 22 wird vorzugsweise ein A-Bild 26 dargestellt. Das A-Bild 26 stellt über der Zeitachse die Spannungswerte der empfangenen Echosignale dar.
Über die Eingabe 18 bzw. die Bedienfelder 20 können beispielsweise die folgenden Funktionen ausgeführt werden:
Auswählen der Schrittweite für die Verstärkungseinstellung,
Anhalten des A-Bildes 26,
Anzeige des vergrößerten A-Bildes 26,
Übertragen von Daten,
Aufnehmen von Messwerten und Speicher von Daten,
Wechseln zwischen den Bedienebenen,
Auswählen von Funktionsgruppen,
Auswählen und Einstellen von Funktionen ,
Wechsel zwischen Grob- und Feineinstellung,
Ein- und Ausschalten des Gerätes.
Mit Hilfe der Drehknöpfe 24 können die Verstärkung des Echosignals und die Einstellung der jeweils gewählten Funktionen verändert werden. Beim gezeigten Messgerät USM 35 können mit beiden Drehknöpfen 24 sowohl schrittweise als auch beschleunigt Einstellungen vorgenommen werden. Eine schrittweise Einstellung wird dadurch erreicht, dass der jeweilige Drehknopf 24 leicht betätigt wird, wobei er in der jeweils nächsten Einstellung einrastet. Zur beschleunigten Einstellung kann der jeweilige Drehknopf 24 kontinuierlich, d.h., mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden.
2 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführung einer Ultraschall-Prüfvorrichtung 27. Das Messgerät 10 ist über eine Kabelverbindung mit einer Fernbedienungseinheit 28, beispielsweise einem Rechner (PC) 29 mit einem Monitor 30 verbunden. Der Rechner 29 kann über das Internet mit dem Messgerät 10 verbunden sein.
Die gezeigte Ultraschall-Prüfvorrichtung 27 mit dem USM-Steuerprogramm verwendet zwei Signalwege, die das Messgerät 10 bietet.
Für den allgemeinen Datenaustausch weist das Messgerät 10 eine RS232- Schnittstelle auf und unterstützt einen eigenen Befehlssatz, über den grundsätzlich Informationen in beiden Richtungen ausgetauscht werden können. Das Messgerät 10 wird dabei vorzugsweise über ein spezielles RS232-Kabel 32 direkt mit einer der standardmäßig vorhandenen seriellen Schnittstellen des Rechners 29 verbunden.
Das USM-Steuerprogramm bildet die Frontseite des Messgerätes 10 als grafische Bedienoberfläche 34 ab, wobei sich die abgebildete Eingabeeinheit 18 bzw. deren Bedienfelder 20 mit einer Maus 36 betätigen lassen. Das Programm verwendet Befehlscodes, die über die serielle Verbindung zum Messgerät 10 gesendet werden, um die jeweils entsprechende Funktion dort auszulösen. Dabei wird der Teil des Befehlssatzes verwendet, mit dem sich die Betätigung der Eingabeeinheit 18"simulieren" lässt: Das Messgerät 10 verhält sich dann genau so, als wäre das entsprechende Bedienfeld 20 am Messgerät 10 selbst betätigt worden.
Ebenfalls wird beispielsweise laufend über die RS232-Verbindung der Zustand von Leuchtdioden, insbesondere einer Alarm-LED 28 am Messgerät 10 vom Programm abgefragt, das Messgerät 10 sendet auf einen entsprechenden Befehl hin eine Antwort an das Programm, ob die Alarm-LED 38 an oder aus ist, und auch dies wird grafisch entsprechend abgebildet.
Der andere verwendete Signalweg ist ein RGB-Ausgang des Messgerätes 10, der ein VGA-kompatibles Bildsignal von der Messwertanzeige 22 (auch Hauptdisplay) des Messgerätes 10 liefert, das mittels eines speziellen Verbindungskabels 40 auf vielen VGA-Monitoren oder Projektoren einfach dargestellt werden könnte. Zur Darstellung innerhalb eines Programmfensters beispielsweise unter Windows muss das Bildsignal jedoch umgewandelt werden.
Anstelle der einen oder der mehreren Kabelverbindungen (evtl. mit Signal wandlungsadaptern) sind auch kabellose Verbindungsarten denkbar, solange eine ausreichende Geschwindigkeit der Datenübertragung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß ist die notwendige Verbindung zwischen dem Messgerät 10 und dem Rechner 29 auch denn möglich, wenn der Rechner 29 nicht mit einer Videokarte o.ä. ausgerüstet ist. Dazu wird ein USB-Standard, den nahezu jeder moderne Rechner 10 standardmäßig unterstützt, verwendet. Auch sind im Handel zahlreiche Adapter erhältlich, die eigentlich dazu dienen, analoge Videoaufnahmen in den Rechner einzulesen, also digitalisieren zu können, so genannte Frame-Grabber. Diese Adapter haben einen oder mehrere Eingänge für Bild und Ton sowie einen (USB)-Ausgang und die nötige Treibersoftware, um das Video im Rechner 10 verarbeitbar zu machen. Die mitgelieferten Treiber fügen sich meist in das bei jedem Windows verfügbare bzw. leicht nachinstallierbare "Video for Windows" (VfW) bzw. "Windows Driver Model" (WDM) Subsystem ein; wodurch der Frame-Grabber als reguläres "VideoMessgerät" unter Windows für jede Anwendung verfügbar wird.
Ein solcher Frame-Grabber findet auch im erfindungsgemäßen USM-Steuerprogramm Anwendung, allerdings ist ein Videosignal, wie es von analogen Video-Kameras und -Rekordern geliefert wird, nicht kompatibel mit einem RGB-VGA Signal eines Ultraschall-Messgerätes.
Da Frame-Grabber mit VGA-Eingang nicht handelsüblich sind, wird erfindungsgemäß ein geeigneter zweiter Adapter zur Signalwandlung zwischen Messgerät 10 und dem USB-Grabber geschaltet. Es gibt nämlich wiederum ein großes Angebot von Adaptern, die ein VGA-Signal in ein Video-Signal umwandeln – sie werden normalerweise dafür eingesetzt, einen Rechner an einen gewöhnlichen Fernseher anschließen zu können und verfügen entsprechend über einen VGA-Eingang und einen oder mehrere Video-Ausgänge.
Ein solcher PC-TV Adapter wird verwendet, um so den Bildsignalweg vom Messgerät 10 in den Rechner 29 zu komplettieren. Das Steuerprogramm öffnet über die entsprechenden Betriebssystem-Funktionen im Zentrum der grafisch nachgebildeten Messgerätevorderseite ein so genanntes Capture-Fenster für das vom USM-Grabbertreiber gelieferte Bild und stellt das vom Messgerät 10 stammende, umgewandelte Bildsignal schließlich darin dar, so dass das gesamte Erscheinungsbild dem des echten Messgerätes 10 nahe kommt und sich nahezu genauso bedienen lässt, sobald ein echtes Messgerät 10 angeschlossen ist.
Die Erfindung erlaubt es, ein Messgerät 10 von jedem beliebigen Ort aus zu bedienen. Somit ist es möglich, dass einer Gruppe von Personen lediglich ein Termin bekannt gegeben wird, an dem sie sich bei Internet „treffen". Die Schulung kann dann online vorzugsweise unter Zuhilfenahme einer Webkamera durchgeführt werden.
Zwar ist im vorliegenden Fall die Erfindung am Beispiel eines Ultraschallmessgerätes erläutert worden, grundsätzlich eignet sich die Erfindung jedoch für alle Messverfahren, insbesondere für zerstörungsfreie Messverfahren.

Claims

Ultraschall-Prüfvorrichtung (27), aufweisend: a) ein Messgerät (10) mit einer Eingabeeinheit (18) mit Bedienfeldern (20) und einer Messwertanzeige (22) zur Visualisierung der Messergebnisse, b) einer Fernbedienungseinheit (28), die mit dem Messgerät (10) verbindbar ist und auf der die Messwertanzeige (22) zur Visualisierung der Messergebnisse ebenfalls abgebildet ist.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernbedienungseinheit durch einen Rechner (29) mit einem Monitor (30) gebildet ist, wobei auf dem Monitor (30) eine betätigbare Eingabeeinheit (18) mit Bedienfeldern (20) sowie die Messwertanzeige (22) dargestellt sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Monitor (30) als „touchscreen" Monitor ausgeführt ist.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienfelder (20) mit Hilfe einer Maus (36) betätigbar sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertanzeige (22) ein A-Bild (26) beinhaltet.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Fernbedienungseinheit (28) das Messgerät (10) identisch abgebildet ist.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) und die Fernbedienungseinheit (28) über Kabel miteinander verbunden sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) und die Fernbedienungseinheit (28) kabellos miteinander verbunden sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) und die Fernbedienungseinheit (28) über USB-Schnittstellen miteinander verbunden sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) und die Fernbedienungseinheit (28) über ein Netzwerk miteinander verbunden sind.
Ultraschall-Prüfvorrichtung (27) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) und die Fernbedienungseinheit (28) über Internet miteinander verbunden sind.