DE102004044342B4 - Anordnung und Verfahren zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweißter Bauteile - Google Patents

Anordnung und Verfahren zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweißter Bauteile Download PDF

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Abstract

Anordnung zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweisster Verbindungen zwischen einem Stutzen (6) und einem Rohr (8) von grosser Wanddicke unter Verwendung eines fünfachsigen Gelenkarmroboters (13), der einen Prüfkopfträger (12) und einen Ultraschall-Prüfkopf (10) aufweist, wobei letzterer einen Ultraschall-Sende- und Empfangskopf (21, 22) in sich vereint und, dass diese über ein Koppelmedium (5), welches sich in einem Wasserbecken (18) befindet, mit einem darin drehbar in einem Spannfutter (17) eingespannten Bauteil – eine Kombination aus dem Stutzen (6) und dem Rohr (8) darstellend- in Wirkverbindung stehen sowie ein Auswertegerät (2) und eine Ultraschall-Verarbeitungseinheit (3) ebenso in Wechselbeziehung stehend, nachgeordnet sind und eine Grafikdatenbank (23) mit einer Visualisierungseinheit (11) nutzbar ist, sodass über einen Datensatz von Daten einer Bauteilgeometrie (25), den geometrischen Daten einer Schweissnaht (7), den Daten der spezifischen physikalischen Eigenschaften des Bauteilwerkstoffes und den Daten des Koppelmediums (5), die Bahn des Prüfkopfträgers (12) berechenbar ist und die vom Ultraschall-Sende- und Empfangskopf...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweißter Bauteile.
  • Die Anwendung der Erfindung erfolgt insbesondere bei der Ultraschall-Prüfung von nichtebenen, strahlgeschweißten Nähten mit I- Stoß und bildgebender Darstellung des Prüfergebnisses, z. B. im Kraftwerks- und Druckbehälterbau, um Stutzenverbindungen an Rohrleitungen hinsichtlich Fehlerfreiheit zu untersuchen. Die Stutzen-Rohrverbindungen können dabei jeden beliebigen und praktisch realisierbaren Winkel bzgl. einer gedachten Rohr- und Stutzenmittelachse aufweisen, wobei die üblicherweise herstellbaren Verbindungsformen „aufgesetzt" und „eingesteckt" vorliegen können.
  • Die mit einem Elektronen- oder Laserstrahl gefügten Bauteile werden mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Anordnung und einem damit realisierbaren Verfahren geprüft, wobei mittels einer vorzugsweise integrierten Bauform von Sender und Empfänger der Ultraschall senkrecht auf die Nahtflanke geführt wird.
  • Es ist bekannt, daß im Behälter- und Rohrleitungsbau die Verschneidungsarten „eingesteckt" und „aufgesetzt" angewandt werden. Als Fügeverfahren kommen in der Regel die konventionellen Lichtbogenschweißverfahren MAG-, WIG- und das UP-Schweißprozesse in Betracht. Zur Realisierung hochwertiger Fügeverbindungen, in den o. g. hochsensiblen Bereichen sind dazu Nahtfugen in V-Form mit Nahtöffnungswinkeln zwischen 30° und 60° erforderlich, die mittels thermischer oder spanender Verfahren hergestellt werden müssen.
  • Diese V-förmige Fuge wird beim Schweißen mit Schweißgut gefüllt, in aller Regel durch mehrere über- bzw. nebeneinander angeordnete Schweißraupen. Bei dieser Art des Schweißens wird erhebliche Wärmeenergie in das Bauteil eingebracht. Oxidationen an der Oberfläche (Anlauffarben) und Verzug sind die Folge. Deshalb muß das Schweißen in der Prozeßkette zur Herstellung des Bauteils am Anfang stehen und es müssen sich an das Schweißen Wärmebehandlungs-, Richt-, Schleif- und Reinigungsprozesse anschließen. Eine insbesondere mit dem Elektronenstrahl/Laserstrahl gefügte Rohr-/Stutzenverbindung hat keine V-förmige, sondern eine I-förmige Nahtvorbereitung, die durch spanende Bearbeitung hergestellt wird. Verfahrensspezifisch wird nur wenig Wär me ins Bauteil eingebracht. Nacharbeitsgänge sind nicht erforderlich, die oben angeführten Schleif-, Richt- und Reinigungsprozesse entfallen; das Schweißen kann in der Prozesskette der finale Arbeitsgang sein.
  • Die Untersuchung einer solchen Naht kann jedoch mit dem herkömmlichen Durchstrahlungsverfahren (Röntgen) bei vergleichsweise dickwandigen Bauteilen kein sicheres Prüfergebnis liefern. Die Wirkungsrichtung eines geeigneten Prüfverfahrens muss hierbei insbesondere auf die Grenzfläche eines nadel- oder fingerförmigen Nahtprofils der geschweißten 1- Naht gerichtet sein, um Nahtunregelmäßigkeiten sicher erkennen zu können.
  • Und gerade diesen Nachweis kann das aus dem Stand der Technik bekannte Durchstrahlungsverfahren bei elektronen- oder laserstrahlgeschweißten Bauteilen mit großen Wanddicken nicht leisten.
  • Ergänzend sollen noch die Erfindung im technischen Umfeld tangierenden Lösungen in konkreter Form genannt werden.
  • So beschreibt DE 100 34 010 A1 ein Verfahren zum Ultraschall-Prüfen von geschweißten Bolzen-Blechverbindungen mit dem Ziel, die Größe des Schmelzbades zu bestimmen und daraus Aussagen über die Qualität der Bolzenschweißverbindung abzuleiten. Ultraschallsender und -empfänger sind getrennt angeordnet und werden von der Blechrückseite linear über die Schweißlinse geführt, das Echosignal wird klassifiziert und eine Aussage über die Qualität der Schweißverbindung gewonnen. Sender und Empfänger sind relativ zueinander fest angeordnet, wobei deren Bewegung über dem Schweißpunkt eine Bewegung in der Ebene darstellt.
  • Die DE 101 13 238 C1 nennt ein adaptives Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Punktschweißverbindungen. Dieses Verfahren erfordert einen fünfachsigen Industrieroboter. Kern des Verfahrens ist eine Prozedur zur Findung eines Echomaximum und die Nutzung der in dieser Prozedur gesammelten Daten zur Klassifizierung der Schweißverbindung. Vorgegeben wird die räumliche Lage des Schweißpunktes und dessen Normalvektor; alle weiteren Vorgänge werden adaptiv und iterativ in Wechselwirkung zwischen Robotersteuerung und Echosignal ausgeführt.
  • In JP 9325136 wird ein Verfahren zur Untersuchung gebrauchter Turbinenräder nach Fehlern, Rissen etc. vorgestellt. Dazu ist das Bauteil in einem Wasserbad angeordnet und ein Roboter führt, entsprechend der Geometrie des Turbinenrades den Prüfkopf in Normalenrichtung über die Bauteiloberfläche, vorzugsweise in den Bereichen, wo die höchsten Spannungen auftreten und damit die Gefahr von Fehlern, Rissen oder dergl. besonders hoch ist. Gesucht wird nach Fehlern in Bauteildickenrichtung, die dann in einem Anzeigegerät dargestellt werden. Mit der Geometrie des Bauteils ist die Bahn des Prüfkopfes vorgegeben.
  • Nach EP 0667527 B1 gibt es eine Einrichtung zur mechanisierten Ultraschall-Prüfung von Rohrabzweigen mit kreisförmigem Querschnitt, also ebenen Rundnähten in Bereichen, die aus dem einen oder anderen Grund manuell nicht zugänglich sind. Dazu wird mit Manschetten der entsprechende Abschnitt der Rohrleitung abgedichtet, mit einem Koppelmedium gefüllt und der Ultraschallkopf auf einer Zirkularbahn von innen entlang der Schweißnaht geführt und das Echosignal protokolliert.
  • In JP 08110332 A wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Prüfung mittels gesteuertem Roboter angeboten. Hierbei soll eine Vereinfachung in der Weise erfolgen, daß eine Robotersteuerung den Roboter in die Position eines zu untersuchenden und in ein rechtwinkliges Koordinatensystem oder in ein polares Koordinatensystem eingeordneten Schweißteils führt, wobei das Echo einer rechtwinklig reflektierten Ultraschallwelle analysiert, gespeichert und in einer verteilten Ansicht Fehler dargestellt werden. Die prüfbaren Bauteilgeometrien liegen dabei in einer Ebene mit geraden oder kreisrunden Nahrverläufen. Hier sind lediglich einfache- auch manuell- durchführbare Prüftätigkeiten automatisiert worden. Räumlich gekrümmte Nahtverläufe, wie sie bei Stutzen-/Rohrverbindungen auftreten, können damit nicht bewertet werden.
  • Mit JP 11014610 A wird ein Ultraschallfehlerprüfverfahren mittels Roboter vorgestellt. Mit einer automatischen Ultraschallfehlerprüfung soll unter Nutzung einer Ultraschall-Prüfsonde eine Probe untersucht werden. Mit der Richtung des Ultraschall-Strahles und der Prüfrichtung spannt die Sonde in ihrem Ursprung ein ebenes, rechtwinkliges Koordinatensystem auf. Senkrecht dazu definiert sich die Richtung der Abtastbewegung, die abhängig von den Echosignalen und ihrer Amplitudenhöhe in ihrer Breite variabel ist, indem zwischen verschiedenen Abtastmustern online umgeschaltet wird.
  • Auch mit dieser Lösung sind komplizierte, räumlich gekrümmte Nahtverläufe an Bauteilen, die zudem unterschiedliche Wanddicken aufweisen können, nicht prüfbar. Dieses Ultraschall-Meßverfahren automatisiert Ultraschalluntersuchungen, die auch manuell durchgeführt werden könnten.
  • Die stellvertretend zum Stand der Technik genannten Lösungen beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur Ultraschallprüfung, die nicht über den auch mit manuellen Prüfmethoden erzielbaren Erkenntnisgewinn über den Zustand der Probe hinausgehen.
  • Sie beschreiben Lösungen zur Ultraschallprüfung, die manuelle Tätigkeiten aus Gründen der Schnelligkeit, der Reproduzierbarkeit, der Zugänglichkeit ersetzen, jedoch prinzipiell in gleicher Form manuell ausgeführt werden könnten.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Anordnung mit der eine Ultraschall-Prüfung nichtebener und strahlgeschweißter Nahtverläufe mit I-Stoß, die nach vorbeschriebenem Stand der Technik nicht prüfbar sind, vorzuschlagen, wodurch beliebige Durchmesser- und Wanddickenkombinationen prüfbar sind, Schnittwinkel der Bauteilachsen zwischen 30° und 90° vorliegen können sowie ein beliebiger Achsversatz zwischen Stutzen und Rohr gegeben sein kann, wobei die sich zwischen Stutzen und Rohr als Schweißnahtquerschnitt aufspannenden Regelflächen mit wenigen Parametern beschreiben lassen und über einen damit aufgebauten Datensatz eine automatisierte, insbesondere robotergestützte Bewegung des Prüfkopfes und eine maschinenlesbare, in eine Computergrafik mündende Auswertung aufgenommener Ultraschall-Signale möglich ist.
  • Das Verfahren muß ein nadel- oder fingerförmiges Nahtprofil erfassen und große Bauteldicken prüfhar machen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen, wie in den Patentansprüchen 1 und 2 dargelegt, gelöst.
  • Folgende ergänzende Hinweise zur erfindungsgemäßen Lehre sind erforderlich.
  • Ein Industrieroboter, ausgebildet als Gelenkarm- oder Portalroboter trägt am Ende seines Greifarmes/Werkzeugträgers einen Prüfkopf, welcher etwa in kompakter Bauweise den Sender und Empfänger für den Ultraschall in sich vereinen kann oder aber auch beide voneinander konstruktiv getrennt – dann sind unter Umständen zwei getrennt agierende Roboter erforderlich – führt. Der dergestalt in kompakter Bauweise vorliegende Ultraschall-Prüfkopf steht über ein flüssiges Koppelmedium, in welches er eingetaucht ist, mit dem zu prüfenden Bauteil in Wirkverbindung, wobei seine Lage/Neigung so gehalten ist, dass der eingekoppelte Ultraschall, in aller Regel nach mehreren Reflexionen an der Bauteilwandung, in senkrechter Form die Nahtflanken des nadel- oder fingerförmigen Nahtquerschnitts trifft und ein computersimuliertes Raummodell erstellbar ist, bei dem ggf. Nahtunregelmäßigkeiten sichtbar werden. Das eingesetzte Koppelmedium ist Wasser mit bestimmten rosthemmenden Zusätzen, welches in einem offenen Behälter definierten Volumens vorgehalten wird. Seitlich an diesem Behältern befindet sich in seinem Innern eine Drehvorrichtung mit einem Spannfutter, welches eine zu prüfende Stutzen-/Rohrverbindung trägt, wobei deren Schweißnaht möglichst nicht mit dem Koppelmedium während des Prüfvorganges in Kontakt kommt.
  • Der Prüfkopf wird synchron bzgl. des sich um die Stutzenachse drehbaren geschweißten Bauteils mittels der Robotersteuerung nachgeführt. Letztere steht in Wirkbeziehung zu einer Auswerteeinheit, die die Koordinaten des räumlichen Nahtverlaufes als Modell gespeichert hat. Entsprechend jeder neu zu prüfenden Stutzen-/Rohrverbindung erfolgt hier die Programmierung der gegebenen Bauteilgeometrie.
  • Eine Ultraschall-Verarbeitungseinheit nimmt die reflektierten Ultraschallsignale auf und liefert bei Nahtunregelmäßigkeiten in Abhängigkeit aktueller Roboterkoordinaten transformatorisch erzeugte Bauteilkoordinaten an die mit ihr in Verbindung stehende Auswerteeinheit. Gegebenenfalls erkannte Nahtunregelmäßigkeiten werden betragsmäßig erfasst, lokalisiert und mittels der nachgeordneten Visualisierungseinheit in einer Computergrafik reproduzierbar sichtbar gemacht. Die in einer Grafikdatenbank gespeicherten grafischen Elemente, z. B. in Kugelform, dienen dabei, nach Anforderung durch die Visualisierungseinheit, zur grafischen Information im Sinne der vorgenannten Computergrafik.
  • Über der erfindungsgemäßen Anordnung nachgeordnete periphere Elemente bekannter Hardware sind die üblichen Formen der Weiterverarbeitung (Speichern, Drucken, Bildverarbeitung) möglich.
  • Wie bereits erwähnt, können der Sender und Empfänger konstruktiv getrennt sein, so daß der Weg für die Ultraschall-Einkopplung und die Ultraschall-Auskopplung getrennt sind. Dies kann die Einsatzmöglichkeit der Anordnung erhöhen, wobei hier vorteilhafterweise die Ultraschall-Einkopplung nicht senkrecht die Nahtflanken erreichen muss.
  • Das mit der beschriebenen Anordnung realisierbare Verfahren ist wie folgt darstellbar. Bevor die Ultraschallmessung durch Einkopplung des Ultraschalls in das Koppelmedium mittels Eintauchen des Prüfkopfes beginnen kann, muß der Weg der Schallwellen im Bauteil und im Koppelmedium vorab, also offline, berechnet werden. Hierauf Einfluß haben die physikalischen Eigenschaften des Bauteilwerkstoffes, des Koppelmediums und die Geometrie von Bauteil und Schweißnaht.
  • Dann beginnt die eigentliche Messung, indem der Ultraschall in definierter Weise auf die Nahtflanken triftt (senkrecht oder in einem zulässigen Reflexionswinkel) von dort unter ggfs. des Erkennens von Nahtunregelmäßigkeiten in der Schweißnaht reflektiert wird und in analog defnierter Weise zum Empfänger, z. B. integriert in einem Prüfkopf, zurückläuft. dort empfangen und zur Weiterverarbeitung in die Messsignalwandlung (A-D-Wandlung) der Ultraschall-Verarbeitungseinheit geleitet wird.
  • Die Abfolge des Empfangens und Weiterverarbeitens geschieht hier im Sinne einer Rückwärtstransformation, indem punktweise, entsprechend einer vorgegebenen Schrittweite entlang des Nahtverlaufes und unter Berücksichtigung der Schweißnahtdicke die zugehörige Stellung von Sender und Empfänger im Prüfkopf oder aber bei deren separater Anordnung getrennt ermittelt wird.
  • In letztgenanntem Fall entstehen dabei regelmäßig 2 unterschiedliche Bahnen für Sender und Empfänger.
  • Entlang einer mit einer speziellen Software berechneten Bahnbewegung wird der Prüfkopf im berechneten Bauteilkoordinatensystem geführt, wobei das Bauteilkoordinatensystem und das Koordinatensystem der Bahnbewegung zur Überdeckung gebracht werden.
  • Das im A-D-Wandler der Ultraschall-Verarbeitungseinheit empfangene analoge Signal wird digital gewandelt und in eine nachfolgenden Klassifizierungseinheit übertragen, wobei zulässige von unzulässigen Echoanzeigen unterschieden werden. Die Werte der Echoanzeige werden dann in einem Verknüpfungsmodul eines Auswertegerätes (Computer) in Überdeckung mit den gespeicherten Daten der Bauteilgeometrie gebracht. Zeitparallel dazu erfolgt im Sinne des fortschreitenden Prüfablaufes eine Vorwärtstransformation, wenn eine Nahtunregelmäßigkeit erkannt wurde. Im Ergebnis derselben erfolgt eine Transformation der Raumkoordinate des betreffenden Punktes in der Schweißnaht. Der Koordinatenpunkt wird nach der Lokalisierung mittels von in einer Grafikdatenbank des Auswertegerätes gespeicherter Grafikelemente optisch hervorgehoben und das fortschreitend entstehende Prüfbild als Computergrafik in einer Visualisierungseinheit sichtbar gemacht. Damit ist gemäß der beschriebenen Rückwärts- und Vorwärtstransformation gesichert, dass sich das Prüfergebnis parallel zum Prüfablauf aufbaut. Es ist dadurch möglich den Prüfablauf in Abhängigkeit von den schon zur Verfügung stehenden Informationen sofort beeinflussen zu können, indem die Schrittweite der Abtastung oder die Art der Klassifizierung geändert werden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen zur prinzipiellen Darstellung der Anordnung und des Verfahrens näher erläutert werden.
  • Dabei wird auf nachstehende Figuren zurückgegriffen:
  • 1 Prinzipdarstellung eines an einem Gelenkarmroboter geführten Ultraschall-Prüfkopfes, des drehbar in einem Wasserbecken gehaltenen Bauteils und peripherer Messgeräte
  • 2 Schematischer Verfahrensablauf in Blockbilddarstellung
  • 3 Kompakter Prüfkopf mit darin enthaltenem Sender und Empfänger und Einkopplungs- und Reflexionsverlauf des Ultraschalls
  • 4 Getrennter Sender und Empfänger sowie Einkopplungs- und Reflexionsverlauf des Ultraschalls
  • 5 Darstellung einer Schweißnahtunregelmäßigkeit im Raumkoordinatensystem
  • 1
    Roboteranlage
    2
    Auswertegerät
    2.1
    Koordinatentransformation
    2.2
    Verknüpfungsmodul
    3
    Ultraschall-Verarbeitungseinheit
    3.1
    A/D-Wandler
    3.2
    Klassifizierung
    4
    Roboterachskoordinaten (digital)
    5
    Koppelmedium
    6
    Stutzen
    7
    Schweißnaht
    8
    Rohr
    9
    Schallweg
    10
    Ultraschall-Prüfkopf
    11
    Visualisierungseinheit
    12
    Prüfkopfträger
    13
    Gelenkarmroboter
    14
    Robotersteuerung
    15
    Drehachsantrieb
    16
    Drehdurchführung
    17
    Spannfutter
    18
    Wasserbecken
    19
    Computergrafik
    20
    Verkabelung
    21
    Ultraschall-Sendekopf
    22
    Ultraschall-Empfängskopf
    23
    Grafikdatenbank
    24
    Nahtunregelmäßigkeit
    25
    Daten der Bauteilgeometrie
  • Ein Gelenkarmroboter 13, gesteuert mit einer Robotersteuerung 14, ist mit einem Prüfkopfträger 12 für einen in kompletter Bauform vorliegenden Ultraschall-Prüfkopf 10, gemäß 1 ausgestattet. Der Ultraschall-Prüfkopf 10 steht über ein Koppelmedium 5, vorzugsweise Wasser mit rosthemmenden Zusätzen, welches sich in einem Wasserbecken 18 befindet, mit einer zu prüfenden Stutzen-/Rohrverbindung 6, 8 in Verbindung, die in einem Spannfutter 17 gehalten ist und mittels eines Drehachsantriebes 15 um die Achse des Stutzens 6 gedreht werden kann.
  • Die Robotersteuerung 14 ist direkt mit einem Auswertegerät 2 verbunden, wobei in letzterem die dort gespeicherten Daten der Bauteilgeometrie 25 hier mit denen der in definierter Schrittwerte ermittelten Daten der Ultraschall-Messung- aus einer Ultraschall-Verarbeitungseinheit 3 geliefert- zusammenfließen. Die über einen Schallweg 9 und dem Ultraschall-Prüfkopf 10 aufgenommenen analogen Ultraschall-Signale gelangen in einen A-D-Wandler 3.1 zur Digitalisierung und können in einer nachgeordneten Klassifizierung 3.2 so aufbereitet werden, dass in einem Verknüpfungsmodul 2.2 des Auswertegerätes 2 über die Koordinatentransformation 2.1 eine über das mit der Anordnung realisierbare Verfahren eine zeitparallele Aussage zum Standort der Prüfung am Bauteil bzw. an der Schweißnaht 7 dokumentierbar ist.
  • Der Aufbau des Prüfbildes ist in seiner schrittweisen Entwicklung in einer Visualisierungseinheit 11 als Computergrafik 19 optisch darstellbar, wobei grafische Elemente aus einer Grafikdatenbank 23, z. B. in Kugelform, eine oder mehrere Nahtunregelmäßigkeit(en) 24 verkörpert(-en).
  • Im Fall der Ein- und Auskopplung des Ultraschalls mit einem Ultraschall-Prüfkopf 10, in welchem der Ultraschall-Sender und der Ultraschall-Empfänger in kompakter Bauform vereinigt ist, sollten die Ultraschall-Signale im Winkel von 90° zur Schweißnaht auftreffen. Bei einer Trennung zwischen dem Ultraschall-Sendekopf 22 und dem Ultraschall-Empfängskopf 23 gemäß 4 ist diese Bedingung nicht zwingend erforderlich.
  • Der gemäß der Blockbilddarstellung nach 2 dargestellte Verfahrensablauf zeigt die Ein- und Auskopplung des Ultraschalls in einer kompakten Anordnung des Ultraschall-Prüfkopfes 10, sodaß die Abtastung der nadel- oder fingerförmigen Schweißnaht 7 im Winkel von 90° erfolgt und der Schallweg 9 zwischen Ein- und Auskopplung nicht verschieden ist. Die empfangenen Ultraschall-Signale werden der Ultraschall-Verarbeitungseinheit 3 zugeführt und dort in 2 Stufen mittels des A-D-Wandlers 3.1 und der Klassifizierung 3.2 digitalisiert und entsprechend eines festgelegten Prüfmodus klassifiziert, wobei auch während des Prüfens ggf. andere Teilklassifizierungen gewählt werden können, und anschließend in das Auswertgerät 2 gespeist. Im Auswertegerät 2 fließen auch die offline ermittelten Werte der aktuellen Bauteilgeometrie 25 als Ausgangswerte ein, sodaß über diese, den Daten der Robotersteuerung 14 und den ermittelten Daten der Klassifizierung 3.2 im Verknüpfungsmodul 2.2 des Auswertegerätes 2 in Rück- und Vorwärtstransformation zeitparallel und damit online die Computergrafik 19 über die Visualisierungseinheit 11 abgebildet wird. Es entsteht ein räumliches Modell der Schweißnahtprüfung, indem anhand der Bauteilgeometrie 25 und den ermittelten Raumkoordinaten gemäß 5 die Nahtunregelmäßigkeiten 24 mit Hilfe grafischer Elemente, z. B. in Kugelform, dargestellt werden.

Claims (2)

  1. Anordnung zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweisster Verbindungen zwischen einem Stutzen (6) und einem Rohr (8) von grosser Wanddicke unter Verwendung eines fünfachsigen Gelenkarmroboters (13), der einen Prüfkopfträger (12) und einen Ultraschall-Prüfkopf (10) aufweist, wobei letzterer einen Ultraschall-Sende- und Empfangskopf (21, 22) in sich vereint und, dass diese über ein Koppelmedium (5), welches sich in einem Wasserbecken (18) befindet, mit einem darin drehbar in einem Spannfutter (17) eingespannten Bauteil – eine Kombination aus dem Stutzen (6) und dem Rohr (8) darstellend- in Wirkverbindung stehen sowie ein Auswertegerät (2) und eine Ultraschall-Verarbeitungseinheit (3) ebenso in Wechselbeziehung stehend, nachgeordnet sind und eine Grafikdatenbank (23) mit einer Visualisierungseinheit (11) nutzbar ist, sodass über einen Datensatz von Daten einer Bauteilgeometrie (25), den geometrischen Daten einer Schweissnaht (7), den Daten der spezifischen physikalischen Eigenschaften des Bauteilwerkstoffes und den Daten des Koppelmediums (5), die Bahn des Prüfkopfträgers (12) berechenbar ist und die vom Ultraschall-Sende- und Empfangskopf (21, 22) empfangenen Ultraschallsignale einer Ultraschall-Verarbeitungseinheit (3) zuführbar sind, die die Stufen eines AD-Wandlers (3.1) und einer Klassifizierung (3.2) aufweist, wobei die Daten der Bauteilgeometrie (25), die Daten der Robotersteuerung (14) und die ermittelten Daten der Klassifizierung (3.2) in einem Verknüpfungsmodul (2.2) des Auswertegerätes (2) in Rück- und Vorwärtstransformation zeitparallel und online derart verarbeitbar sind, dass eine Computergrafik (19) über eine Visualisierungseinheit (11) abbildbar ist.
  2. Verfahren zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweißter Verbindungen zwischen einem Stutzen (6) und einem Rohr (8) von großer Wanddicke unter Verwendung eines fünfachsigen Gelenkarmroboters (13), der einen Prüfkopfträger (12) und einen Ultraschall-Prüfkopf (10) aufweist, wobei letzterer mit seinem Ultraschallstrahl einer einprogrammierten und vorab anhand eines Datensatzes von Daten einer Bauteilgeometrie (25), den geometrischen Daten einer Schweissnaht (7), den Daten der spezifischen physikalischen Eigenschaften des Bauteilwerkstoffes sowie den Daten des Koppelmediums (5) berechneten Bahn folgend nach mehreren Reflexionen an der Bauteilwandung des Stutzens (6) die Schweissnaht (7) erreicht und sie in festlegbaren Schritten abtastet, indem die gesendeten und ggfs. durch Nahtunregelmässigkeiten (24) reflektierten Ultraschallwellen zeitparallel in Rückwärts- und Vorwärtstransformation in der aufnehmenden Baugruppe der Ultraschall-Verarbeitungseinheit (3) und der die Ultraschallsignale weiter bewertenden Auswerteeinheit (2), in Übereinstimmung mit den Daten der Bauteilgeometrie (25), dazu genutzt werden, innerhalb der Schweißnaht (7) Raumkoordinaten zu bestimmen, um unzulässige von zulässigen Echoanzeigen zu lokalisieren und die im Abgleich mit der Bauteilgeometrie (25) erfassten unzulässigen Werte optisch in Form von Nahtfehlern (24) in einer räumlichen Darstellung in der Visualisierungseinheit (11) zu dokumentieren.
DE102004044342A 2004-03-24 2004-09-14 Anordnung und Verfahren zum automatisierten Ultraschall-Prüfen räumlich geformter strahlgeschweißter Bauteile Expired - Fee Related DE102004044342B4 (de)

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