DE102010046781B4 - Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüfgegenstands mittels Ultraschallwellen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüfgegenstands mittels Ultraschallwellen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung eines Prüfgegenstands (2) durch Beaufschlagen des Prüfgegenstands (2) mit Ultraschallwellen und Erfassen der den Prüfgegenstand (2) durchdringenden Ultraschallwellen bestehend aus einem Prüfkäfig (1) und einer Steuer- und Auswerteinheit (9), wobei der Prüfkäfig (1) so ausgebildet ist, dass er aus einem unteren Teil (11) und einem oberen Teil (12) besteht und der Prüfkäfig (1) mittels Scharnieren (8), die das untere Teil (11) und das obere Teil (12) verbinden, aufklappbar ist und im Boden (3) des Prüfkäfigs (1) ein Ultraschallsender (33) eingebaut ist, der den auf den Boden (3) des Prüfkäfigs (1) gelegten Prüfgegenstand (2) von der Unterseite mit Ultraschallwellen beaufschlagt, wobei an der Decke (4) des Prüfkäfigs (1) sich zwei paarweise angeordnete Führungsschienen (5) befinden, an denen vier Messköpfe (6) angebracht sind und laufen und positioniert werden können, und die Messköpfe (6) sich während des Schließens des aufklappbaren Prüfkäfigs (1) an die Oberfläche (21) des Prüfgegenstands...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung eines Prüfgegenstands durch Beaufschlagen des Prüfgegenstands mit Ultraschallwellen und Erfassen der den Prüfgegenstand durchdringenden Ultraschallwellen.
  • Die Ultraschallprüfung ist ein geeignetes Prüfverfahren bei schallleitfähigen Werkstoffen zur Auffindung von inneren und äußeren Fehlern, wobei es an inneren Grenzflächen, d. h. Fehlern im Innern, wie ein Hohlraum (im Fachjargon oft ”Ungänze” genannt), an einem Einschluss, einer Dopplung, einem Riss oder einer anderen Trennung im Gefüge im Inneren des Prüfgegenstands zu Änderungen der akustischen Eigenschaften kommt. Eine der derzeit am meisten verbreiteten Verfahren ist die Impuls-Echo Methode, wobei hier die Impuls-Laufzeit-Messung, die Messung der vergangenen Zeit zwischen Senden und Empfangen zulässt, die Berechnung des Weges durchzuführen und dieses als die wesentliche Basis zur Auswertung genommen wird. Hierbei werden kurze Ultraschallimpulse verwendet, wobei sehr oft derselbe Ultraschallprüfkopf die Ultraschallimpulse sendet und sie dann anschließend auch empfängt.
  • Ein andere ebenfalls bereits bekannte Möglichkeit der Ultraschallprüfung, die Durchschallungs-Methode, erfordert mindestens zwei Ultraschallprüfköpfe, wobei der eine die Ultraschallwelle aussendet und der andere, auf der gegenüberliegenden Seite des Prüfgegenstandes angeordnet, die Ultraschallwelle empfängt. Je mehr Ungänzen die durchdringende Ultraschallwelle behindern und je größer sie sind, desto größer ist die Verspätung der angekommenen Ultraschallwellen und desto geringer ist die angekommene Ultraschall-Amplitude am empfangenden Ultraschallprüfkopf. Die Durchschallungsmethode ist weniger verbreitet, wobei hierzu, innerhalb der einschlägigen Literatur, meistens als Nachteil angegeben wird, dass bei der Durchschallungs-Methode die Notwendigkeit besteht, dass zwei einander gegenüberliegende Seiten des Prüfgegenstandes zugänglich sein müssen und dass ständig mit zwei Ultraschallprüfköpfen umgegangen werden muss. Als ein weiterer bedeutender Nachteil der Durchschallungs-Methode wird innerhalb der einschlägigen Literatur genannt, dass aufgrund der entfallenden Möglichkeit, die Impuls-Laufzeit-Messung durchzuführen, hierbei eine wesentliche Basis für die Durchführung der Auswertung fehlt.
  • Die DE 299 08 113 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Prüfen von Materialeigenschaften, insbesondere der Festigkeit, plattenbauförmiger Bauteile, insbesondere auf Holzbasis, mittels Ultraschalles, wobei durch ein Vorspannmittel der Ultraschallprüfkopf auf das zu prüfende Bauteil gedrückt wird.
  • Die DE 35 07 206 A1 schlägt ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Gesteinseigenschaften vor, wobei eine Probe zwischen zwei Ultraschallprüfköpfe eingespannt und der Abstand der Ultraschallköpfe gemessen wird.
  • Aufgabenstellung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, um mit möglichst geringem Aufwand eine schnelle, effiziente und kostengünstige Ultraschallprüfung der Prüfgegenstände mittels der Durchschallungs-Methode durchzuführen, auch einzelner Prüfgegenstände, aber auch insbesondere mit dem Fokus darauf, dass eine automatisierte und kostengünstige Ultraschallprüfung der Prüfgegenstände in Serienproduktionen mittels der Durchschallungs-Methode ermöglicht wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass zum Zweck der Ultraschallprüfung auch vergleichsweise niedrige Ultraschallfrequenzen effizient angewandt werden können, wie beispielsweise schon im unteren zweistelligen kHz Bereich, nachdem andere Verfahren, welche mit vergleichsweise hohen Frequenzen wie etwa im GHz Bereich operieren, insbesondere an der Absorption der Ultraschallwellen bei beispielsweise porösen Materialien des Prüfgegenstands, scheitern.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neben der vorgenannten Möglichkeit der Nutzung von vergleichsweise niedrigen Frequenzen der Ultraschallwellen, für die Ultraschallprüfung mit der gleichen Vorrichtung und dem Verfahren auch beliebig hohe Frequenzen der Ultraschallwellen zum Zweck der Prüfung zu ermöglichen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, um auch bei der Anwendung der Durchschallungs-Methode Messungen der Zeitdifferenz, d. h. der vergangenen Zeit zwischen Senden und Empfangen, als eine Basis für die Berechnungen zwecks Auswertungen zu ermöglichen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Vorrichtung und Verfahren zu entwickeln, um schnell und effizient eine beliebige Art des Auswertealgorithmus in die Steuer- und Auswerteinheit einspielen und auswählen zu können, und zu ermöglichen, dass die Eingabe zahlreicher weiterer Konfigurationsinformationen einfach möglich ist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, bei denen aufgrund einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messköpfe eine Vielzahl von Formen und Größen der verschiedenen Prüfgegenstände ermöglicht wird, solange die Außenmaße der Prüfgegenstände ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) der nicht aufgeklappt ist mit einem innen liegenden Prüfgegenstand (2),
  • 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) der nicht aufgeklappt ist mit einem innen liegenden Prüfgegenstand (2),
  • 3 eine Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) der aufgeklappt ist ohne innen liegenden Prüfgegenstand (2),
  • 4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) ohne innen liegenden Prüfgegenstand (2),
  • 5 eine Schnittdarstellung eines Messkopfs,
  • 6 ein elektrisches Schema der Steuer- und Auswerteinheit.
  • Die 1 zeigt in Schrägansicht die erfindungsgemäße Vorrichtung als einen nahezu vollständig dargestellten Prüfkäfig (1), mit einem innen hegenden Prüfgegenstand (2) und mit einem an seiner Hinterseite befestigten Gehäuse für die Unterbringung der hier nicht sichtbaren Details der Steuer- und Auswerteinheit (9). Der Prüfkäfig (1) besteht aus Halbzeugen, wie Winkelstahl, Stahlblechen und Rohren. Der Innenraum des Prüfkäfigs (1) wird rechteckförmig ausgelegt und durch den Winkelstahl eingefasst. Als Bodenplatte (3) dient ein Blech, welches mit dem Winkelstahl verschweißt oder verschraubt ist.
  • Der Prüfgegenstand (2) wird auf zwei winklige Schienen (31), welche am Boden (3) angebracht werden, gelegt.
  • Der Prüfkäfig (1) besteht aus einem unteren Teil (11) und einem oberen Teil (12). Mittels der sich an der hinteren Seite des Prüfkäfigs (1) zwischen dem unteren Teil (11) und dem oberen Teil (12) des Prüfkäfigs (1) montierten Scharniere (8) lässt sich der Prüfkäfig (1) aufklappen, wodurch sich der Prüfgegenstand (2) leicht auf den Boden (3) legen lässt.
  • An der Decke (4) des Prüfkäfigs (1) befinden sich zwei paarweise angeordnete Führungsschienen (5), an denen vier Messköpfe (6) angebracht werden und laufen können, um in der X-Achse und der Y-Achse optimal den Maßen des Prüfgegenstands (2) angepasst werden zu können.
  • Die 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) der nicht aufgeklappt ist, mit einem innen liegenden Prüfgegenstand (2), wobei hierbei zu erkennen ist, dass aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung der Messköpfe (6), sich diese mit ihrer Berührungsposition des Prüfgegenstands (2) an die Form des Prüfgegenstands (2) in der Z-Achse anpassen. Der Prüfgegenstand (2) muss nämlich an seiner Oberfläche (21) nicht eben sein. Weiterhin sind gestrichelt die winkligen Schienen (31), welche am Boden (3) angebracht werden, sichtbar, auf welche der Prüfgegenstand (2) gelegt wird. Die Position der winkligen Schienen (31) lässt sich in Richtung der X-Achse bewegen, um somit an das X-Maß des Prüfgegenstands (2) angepasst zu werden, solange die Außenmaße des Prüfgegenstands (2) die innen zur Verfügung stehende Breite des Prüfkäfigs (1) nicht überschreiten. Weiterhin ist die Seitenansicht der Montage des am Boden (3) fest angebrachten Ultraschallsenders (33) erkennbar.
  • Die 3 zeigt die Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen aufgeklappten Prüfkäfig (1) ohne innen liegenden Prüfgegenstand (2). Innerhalb dieser Schrägansicht ist eine Vielzahl der in 1 dargestellten Details nicht eingezeichnet, es ist jedoch die Ausgestaltung der Decke (4) des Prüfkäfigs (1) mit den zwei paarweise angeordneten Führungsschienen (5), an denen die vier Messköpfe (6) angebracht werden und laufen können, gut sichtbar. Außerdem ist das Loch (35) im Boden (3) zu erkennen, durch welches der Ultraschallsender (33) gesteckt wird.
  • Die 4 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einen Prüfkäfig (1) der aufgeklappt und leer ist.
  • Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Messkopfs (6): in einem Rohr (61) befindet sich ein Stab (62), der die Funktion eines Messbolzens hat. An dem Rohr (61) ist senkrecht ein Potentiometer (7) als Sensor angebracht, welcher der Positionsmessung des Ultraschallempfängers (65) in der Z-Achse dient. An dem Rohr (61) ist ein dünner vertikaler Schlitz (69) angebracht, innerhalb dessen die Lasche (71) des gleitenden Teils des Potentiometers (7) in Richtung der Z-Achse laufen kann. Die Lasche (71) des Potentiometers (7) ist fest mit dem Stab (62) verbunden, wodurch erreicht wird, dass die jeweilige Position des Stabs (62) mittels der Stellung des Potentiometers (7) als elektrischer Wert mittels Kabelverbindung (67) an die Steuer- und Auswerteinheit (9) geleitet wird. Zwischen Rohr (61) und Stab (62) wird eine mechanische Feder (63) eingeschoben, welche mit dem Stab (62) verbunden, den Stab zurückfedert. Die jeweilige Position des Stabs (62) auf der Z-Achse ist, falls im Prüfkäfig ein Prüfgegenstand (2) liegt, direkt von der Beschaffenheit der Oberfläche (21) des Prüfgegenstands (2) abhängig. Der Stab (62) ist senkrecht mit einer Bohrung (64) versehen, welche die elektrischen Leitungen (67) aufnimmt, die zu dem sich am unteren Ende befindlichen Ultraschallempfänger (65) führen. Außerdem sind die innerhalb der paarweise angeordneten Führungsschienen (5) am unteren Ende des Rohrs (61) befestigten Messkopfhalterungen (61a) zu sehen.
  • Das untere Teil des Rohrs (61) ist mit den gleitenden Teilen der wagerecht liegenden Sensoren (7) verbunden, welche der Positionsmessung der Ultraschallempfänger (65) in der X- und Y-Achse dienen. Das Einstellelement (63a) ist für eine Kalibrierungsmöglichkeit zur Justage des Drucks der Feder (63) vorgesehen. Hier ist auch eine Schnittdarstellung des jeweils in einem Messkopf (6) enthaltenen besonders ausgestalteten Ultraschallempfängers (65) zu sehen. An die Spitze des Stabes (62) wird ein Adapter (62a) geklebt, welcher einen Nippel zum gewindelosen Anfügen eines Schlauches hat. Durch diesen Schlauch (62c) wird Koppelflüssigkeit zugeführt, was ermöglicht, automatisiert Koppelflüssigkeit auf die Oberfläche (21) des jeweilig zu prüfenden Prüfgegenstands (2) zu bringen. Die Bohrung (64), welche auch das elektrische Kabel durch den Stab (62) führt, wird groß genug ausgestaltet, dass eine Zuleitung für die Koppelflüssigkeit mit durchgeschoben werden kann. Die Schläuche für die Koppelflüssigkeit aller vier Messköpfe (6) und des Ultraschallsenders (33) im Boden (3), werden einem Verteiler für Koppelflüssigkeit zugeführt, von dem aus die Koppelflüssigkeit verteilt werden kann.
  • Kalibrierung. Im Vorfeld des Beginns jeder einzelner Prüfung oder jeder Serie regulärer produktiver Prüfungen an tatsächlich zu prüfenden Prüfgegenständen wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren einmalig (einmalig im Sinne von nur einmal für eine bestimmte Type des Prüfgegenstands) ein Kalibrierungsvorgang vorgenommen, der auf die folgende Art und Weise erfolgt: es wird ein Kalibrierungs-Prüfgegenstand verwendet, der mittels eines anderen Prüfverfahrens im besonders zuverlässigen Maße als ordnungsgemäß bestätigt wird. Diesen Kalibrierungs-Prüfgegenstand nutzend, werden im Vorfeld der produktiven Messungen Kalibrierungs-Einstellungen vorgenommen. Diese Einstellungen werden entweder, falls ausreichend, mechanisch mittels des Einstellelements (63a) vorgenommen oder es werden die Abweichungen der systematischen Einflüsse gespeichert. Die Abweichungen der systematischen Einflüsse werden innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit (9) im Zuge der Kalibrierungsmessung gespeichert. Diese Werte werden bei den nachfolgenden produktiven Messungen als Korrekturwerte während der entsprechenden produktiven Auswerte-Berechungen vorgenommen. Die Steuer- und Auswerteinheit (9) ist mit einer Funktionalität der Auswahlmöglichkeit des Kalibrierungsmodus ausgestattet und es sind außerdem verschiedene Speicher- und Abrufmöglichkeiten für Sätze verschiedener Kalibrierungen vorgesehen.
  • Das Hineinlegen, das Schließen und die Herausnahme des Prüfgegenstands. Das Hineinlegen des Prüfgegenstands (2) in den Prüfkäfig (1) kann manuell oder automatisch erfolgen. Auch das Schließen des Prüfkäfigs (1), nach der Einbringung des Prüfgegenstands (2) in den Prüfkäfig (1), kann manuell oder automatisch erfolgen. Auch die nach der erfolgten Prüfung zu bewerkstelligende Herausnahme des Prüfgegenstands (2) kann manuell oder automatisch erfolgen. Die Steuerung beispielsweise eines Roboterarms zum automatischen Hineinlegen des Prüfgegenstands (2), und insbesondere die Steuerung eines beispielsweise elektromechanischen Antriebs zum automatischen Schließen des Prüfkäfigs (1) und für die automatische Herausnahme des Prüfgegenstands (2), kann die Steuer- und Auswerteinheit (9) bewerkstelligen. Alternativ kann dies eine andere mit der Steuer- und Auswerteinheit (9) über deren Datenschnittstelle elektronisch in Verbindung stehende und mit dieser koordinierte äußere Steuerungseinheit bewerkstelligen. Das Schließen des Prüfkäfigs (1) bedeutet insbesondere, dass der Ultraschallsender (33) (in der 6 als S1 bezeichnet) und die oberen in den vier Messköpfen (6) eingebauten Ultraschallempfänger (65) (in der Fig. als P1, P2, P3 und P4 bezeichnet), den Prüfgegenstand (2) mechanisch hinreichend fest kontaktiert haben. Eine hinreichend gute Kontaktierung im Sinne der Übertragung von Ultraschallwellen bedeutet zusätzlich, dass zwischen den aktiven Oberflächen des Ultraschallsenders (33), der Ultraschallempfänger (65) und der Oberfläche (21) des Prüfgegenstands (2), sich hinreichend gut portioniert Koppelflüssigkeit befindet. Diese hinreichend gute Portionierung der Koppelflüssigkeit wird insbesondere durch eine geeignete Ausgestaltung des Ultraschallsenders (33) und der Ultraschallempfänger (65) ermöglicht, welche zu diesem Zweck über eine Bohrung (65a) in der Mitte verfügen und dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein Verteilungssystem für Koppelflüssigkeit verfügt.
  • Die 6 zeigt ein elektrisches Schema der Steuer- und Auswerteinheit (9). Anhand dieses elektrischen Schemas wird nachfolgend auch insbesondere die Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels gemacht, welches für die Vorrichtung und das Verfahren typisch ist. Sobald der Prüfgegenstand (2) sich nach dem Hineinlegen im Prüfkäfig (1) in einer hinreichend guten Position befindet und sobald, wie zuvor erläutert, eine hinreichend gute Kontaktierung im Sinne der Übertragung von Ultraschallwellen gegeben ist, wird der Prüfkäfig (1) geschlossen und die Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 bekommt über einen geeignet positionierten Endschalter S0 ein elektrisches Startsignal. Die Überwachung aller Indikatoren, die auf eine hinreichend gute Qualität der Anfangsposition des Prüfgegenstands (2) hinweisen, werden mittels der Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 vorgenommen. Nach dem Schließen des Prüfkäfigs (1) bekommt die Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 noch weitere Informationen, und zwar über die Raumkoordinaten der Ultraschallempfänger P1, P2, P3 und P4. Diese Raumkoordinaten werden durch die zuvor in der mechanischen Zeichnung erläuterten zur Vorrichtung gehörenden Potentiometer (7) aufgenommen. Im Falle, dass es sich bei den Sensoren (7) um Potentiometer handelt, werden die Stellungen der Potentiometer R11, R12, R13 und R14 an digitale Signalumwandler E11, E12, E13 und E14 elektrisch weitergeleitet. Die für die Signalumwandler E11, E12, E13 und E14 notwendige Versorgungsspannung ist mit u2 bezeichnet, und die den jeweiligen Signalumwandler verlassenden Signalspannungen, welche die Information der Positionen der Stellungspotentiometer an die Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 transportieren, sind mit u11, u12, u13 und u14 bezeichnet. Das ebenfalls zur Steuer- und Auswerteinheit (9) gehörende Netzgerät für die Generierung der Versorgungsspannung u2 ist mit G2 bezeichnet, und dessen Versorgungsspannung trägt die Bezeichnung u1. Die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders S1 sind festgelegt, sodass diese Raumkoordinaten fest in die Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 kodiert sein können. Für ein alternatives Ausführungsbeispiel, wo auch die Position des Ultraschallsenders S1 variabel wäre, sind im elektrischen Schema die entsprechenden Komponenten, das Potentiometer R51, der dazugehörige digitale Signalumwandler E51 und die entsprechende Positions-Signalspannung u51 eingezeichnet. Die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders S1 können auch über die Eingabeschnittstelle der Steuer- und Auswerteinheit (9) eingegeben und über deren Schnittstelle übermittelt werden. Nachdem der Endschalter S0 das zuvor beschriebene Starsignal an die Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 gesendet hat, beginnt der Signalgenerator G1 mit der Erzeugung der elektrischen Schwingung einer vorgegebenen Wellenart, Zeitdauer und Amplitude. Diese vom Signalgenerator G1 erzeugte elektrische Schwingung wird dem Ultraschallsender (33) S1 zugeführt und dieser erzeugt daraus eine mechanische Ultraschallschwingung. Diese mechanische Ultraschallschwingung durchdringt, mit Unterstützung der Koppelflüssigkeit, den Prüfgegenstand (2). Die Ultraschallempfänger (65) P1, P2, P3 und P4 empfangen die den Prüfgegenstand (2) durchdringenden Anteile der zuvor genannten mechanischen Ultraschallschwingung und konvertieren diese in vier entsprechende analoge elektrische Signale.
  • Diese vier analogen elektrischen Signale werden von den Vorverstärkern N1, N2, N3 und N4 angepasst und zu Analog-/Digitalwandlern B1, B2, B3 und B4 geführt, welche die analogen Signale in digitale Signale wandeln. Mittels digitaler Verbindungen L11, L12, L13 und L14 werden die jeweiligen digitalen Signale an die zur Vorrichtung gehörende Steuer- und Auswerteinheit (9) A1 zwecks Weiterverarbeitung geführt, welche daraufhin, aufgrund dieser Signale, eine Durchführung der Berechnungen zwecks Beurteilung des Zustands des Prüfstücks durchführt. Hierbei können die den Zustand des Prüfgegenstandes errechnenden Auswertungen auf von mittlerweile verschiedenen in der einschlägigen Fachliteratur bekannten Algorithmen basieren oder können auf neuen Algorithmen basieren. Daraufhin wird das Ergebnis der Auswertung über den Zustand des Prüfgegenstands, zu einem Anzeigelement A2 oder zu einer innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit vorhandenen elektronischen, vorzugsweise digitalen Ausgabeschnittstelle weitergeführt. Eventuell während der Nutzung der Vorrichtung und während der Durchführung des Verfahrens aufgetretene Fehler können an die digitale Ausgabeschnittstelle der Steuer- und Auswerteinheit (9) ausgegeben werden. Die zur Vorrichtung und Verfahren gehörende Steuer- und Auswerteinheit (9) verfügt über ein Eingabemodul oder eine innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit (9) vorhandene Eingabeschnittstelle, über welche unter anderem folgende Informationen eingegeben werden können:
    • – die dem Material des Prüfgegenstands entsprechende Schallgeschwindigkeit,
    • – die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders,
    • – die gewünschte Wahl der Variante des Auswertealgorithmus
    • – neue Programmeinspielung und Umprogrammierung der Steuer- und Auswerteinheit
    • – Einzelheiten zur der Art der Anzeige am Anzeigelement
    • – Einzelheiten zur eventuellen Weitergabe der Prüfungsergebnisse, wie beispielsweise Informationen zur Konfiguration, Übertragungsprotokoll und Adressierung des Empfängers der Prüfungs- Ergebnisdaten über die zuvor genannte Ausgabeschnittstelle und zahlreiche weitere Informationen, die der Durchführung des Verfahrens dienlich sein können.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Prüfkäfig
    11
    Unterer Teil
    12
    Oberer Teil
    2
    Prüfgegenstand
    21
    Oberfläche
    3
    Boden
    31
    winklige Schienen
    32
    Halterung
    33
    Ultraschallsender S1
    34
    Schaumgummiklötze
    35
    Loch im Boden
    4
    Decke
    5
    Führungsschienen
    6
    Messköpfe
    61
    Rohr
    61a
    Messkopfhalterungen
    62
    Stab
    62a
    Adapter
    63
    Mechanische Feder
    63a
    Einstellelement
    64
    Bohrung
    65
    Ultraschallempfänger P1, P2, P3, P4
    65a
    Röhrchen
    67
    Kabel
    69
    Vertikaler Schlitz
    7
    Sensoren/Potentiometer R11, R12, R13, R14, R51
    71
    Lasche des gleitenden Teils des Potentiometers
    8
    Scharniere
    9
    Steuer- und Auswerteinheit A1
    A2
    Anzeigeelement
    E11, E12, E13, E14, E51
    Signalumwandler
    S0
    Endschalter
    G1
    Signalgenerator
    G2
    Netzgerät für Versorgungsspannungen
    N1, N2, N3, N4
    Vorverstärker
    L11, L12, L13, L14
    Digitale Verbindungen
    u1, u2
    Versorgungsspannungen
    u11, u12, u13, u14, u51
    Signalspannungen

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung eines Prüfgegenstands (2) durch Beaufschlagen des Prüfgegenstands (2) mit Ultraschallwellen und Erfassen der den Prüfgegenstand (2) durchdringenden Ultraschallwellen bestehend aus einem Prüfkäfig (1) und einer Steuer- und Auswerteinheit (9), wobei der Prüfkäfig (1) so ausgebildet ist, dass er aus einem unteren Teil (11) und einem oberen Teil (12) besteht und der Prüfkäfig (1) mittels Scharnieren (8), die das untere Teil (11) und das obere Teil (12) verbinden, aufklappbar ist und im Boden (3) des Prüfkäfigs (1) ein Ultraschallsender (33) eingebaut ist, der den auf den Boden (3) des Prüfkäfigs (1) gelegten Prüfgegenstand (2) von der Unterseite mit Ultraschallwellen beaufschlagt, wobei an der Decke (4) des Prüfkäfigs (1) sich zwei paarweise angeordnete Führungsschienen (5) befinden, an denen vier Messköpfe (6) angebracht sind und laufen und positioniert werden können, und die Messköpfe (6) sich während des Schließens des aufklappbaren Prüfkäfigs (1) an die Oberfläche (21) des Prüfgegenstands (2) anpassen und jeweils einen den Prüfgegenstand (2) mit mechanischem Druck berührenden Ultraschallempfänger (65) zum Empfang der den Prüfgegenstand (2) von unten her passierenden Ultraschallwellen enthalten und die Raumkoordinaten der sich innerhalb der Messköpfe (6) befindlichen jeweiligen Ultraschallempfänger (65) mittels Sensoren (7) erfasst werden und an die Steuer- und Auswerteinheit (9) elektrisch weitergeleitet werden.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkäfig (1) aus Winkelstahl, Stahlblechen oder Rohren besteht und der Innenraum des Prüfkäfigs (1) rechteckförmig ausgelegt ist und dessen Bodenplatte (3) ein Blech ist, welches mit dem Winkelstahl verschweißt oder verschraubt ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfgegenstand (2) in den Prüfkäfig (1) auf winklige Schienen (31) gelegt wird, welche lose auf dem Böden (3) liegen und deren Abstand somit leicht verändert werden kann und an die Größe des Prüfgegenstands (2) angepasst werden kann.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (33) im Boden (3) des Prüfkäfigs (1) mittels einer Halterung (32) montiert ist, durch ein Loch (35) in den Boden (3) gesteckt wird und zwecks leichter Federung gegen das auf ihm liegende Gewicht des Prüfgegenstands (2) in Schaumgummiklötze (34) gelegt wird, wodurch eine Kontaktierung zwischen dem Prüfgegenstand (2) und dem Ultraschallsender (33) erreicht wird.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Messköpfe (6) derart ausgestaltet sind, dass sie jeweils aus einem Rohr (61) bestehen, in welchem sich ein Stab (62) befindet, der die Funktion eines Messbolzens hat, und an dem Rohr (61) senkrecht ein Potentiometer (7) als Sensor angebracht ist, welcher der Positionsmessung der Ultraschallempfänger (65) in der Z-Achse dient, wobei an dem Rohr (61) ein dünner vertikaler Schlitz (69) angebracht ist, innerhalb dessen eine Lasche (71) eines gleitenden Teils des Potentiometers (7) in der Richtung der Z-Achse laufen kann und die Lasche (71) des Potentiometers (7) fest mit dem Stab (62) verbunden ist, wodurch erreicht wird, dass die jeweilige Position des Stabs (62) mittels der Stellung des Potentiometers (7) als elektrischer Wert mittels Kabelverbindung (67) an die Steuer- und Auswerteinheit (9) geleitet wird und zwischen Rohr (61) und Stab (62) eine mechanische Feder (63) eingeschoben ist, welche mit dem Stab (62) verbunden diesen zurückfedert, womit die jeweilige Position des Stabs (62) auf der Z-Achse, falls im Prüfkäfig ein Prüfgegenstand (2) liegt, direkt von der Beschaffenheit der Oberfläche (21) des Prüfgegenstands (2) abhängig ist und der Stab (62) mit einer Bohrung (64) versehen ist, welche die Kabelverbindung (67) aufnimmt, welche zu dem sich am unteren Ende befindlichen Ultraschallempfänger (65) führen und das Rohr (61) am unteren Ende Messkopfhalterungen (61a) hat, die innerhalb der paarweise angeordneten Führungsschienen (5) laufen, womit der ganze Messkopf (6) innerhalb der paarweise angeordneten Führungsschienen (5) laufen kann und positioniert werden kann und den Abmessungen des Prüfgegenstands (2) angepasst werden kann und das untere Teil des Rohrs (61) mit der Lasche des gleitenden Teiles (71) von waagerecht liegenden Sensoren (7) verbunden ist, welche die Positionsmessung der Ultraschallempfänger (65) in der X- und Y-Achse bewerkstelligen und am Rohr (61) ein Einstellelement (63a) für eine Kalibrierungsmöglichkeit zur Justage des Drucks der Feder (63) vorhanden ist und am unteren Ende vom Stab (62) ein Ultraschallempfänger (65) vorgesehen ist, der durch die vertikale Mitte eine Bohrung für ein Röhrchen (65a) enthält, auf welchem zum Stab (62) hin ein Adapter (62a) zum gewindelosen Anfügen eines Schlauches angebracht ist und durch diesen Schlauch Koppelflüssigkeit zugeführt werden kann, was ermöglicht, die Koppelflüssigkeit automatisiert auf die Oberfläche (21) des jeweiligen zu prüfenden Prüfgegenstands (2) zu bringen, und die Bohrung (64), welche auch die Kabelverbindung (67) durch den Stab (62) führt, groß genug ausgestaltet ist, dass eine Zuleitung für die Koppelflüssigkeit mit durchgeschoben werden kann und die Schläuche der Koppelflüssigkeit von allen vier Messköpfen (6) an der Decke (4) des Prüfkäfigs (1) und von dem Ultraschallsender (33) im Boden (3) einem Verteiler für Koppelflüssigkeit zugeführt werden können.
  6. Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschalluntersuchung eines Prüfgegenstands (2) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren einen Prüfzyklus umfasst, der jeweils das Aussenden einer Ultraschallschwingung durch einen Ultraschallsender (33, S1) und den Empfang der den Prüfgegenstand (2) passierenden Ultraschallschwingung durch vier Ultraschallempfänger (65, P1, P2, P3, P4) beinhaltet, wobei sobald der Prüfgegenstand (2) sich nach dem Hineinlegen im Prüfkäfig (1) in einer hinreichend guten Position befindet und sobald eine hinreichend gute Kontaktierung im Sinne der Übertragung von Ultraschallwellen gegeben ist, der Prüfkäfig (1) geschlossen wird und eine Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) über einen geeignet positionierten Endschalter (S0) ein elektrisches Startsignal bekommt und die Überwachung von Indikatoren, die auf eine hinreichend gute Qualität der Anfangsposition des Prüfgegenstands (2) hinweisen, mittels der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) vorgenommen werden und nach dem Schließen des Prüfkäfigs (1) die Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) noch weitere Informationen über die Raumkoordinaten der Ultraschallempfänger (65, P1, P2, P3 und P4) bekommt und diese Raumkoordinaten durch Sensoren (7) in Form von Potentiometern aufgenommen werden und die Stellungen der Potentiometer (R11, R12, R13 und R14) an digitale Signalumwandler (E11, E12, E13 und E14) elektrisch weitergeleitet werden und die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders (S1, 33) entweder festgelegt sind, sodass diese fest in die Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) kodiert sein können, oder die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders (S1, 33) über eine Eingabeschnittstelle der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) eingegeben oder über deren Schnittstelle übermittelt werden, und nachdem der Endschalter (S0) das Startsignal an die Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) gesendet hat, ein Signalgenerator (G1) mit der Erzeugung einer elektrischen Schwingung einer vorgegebenen Wellenart, Zeitdauer, Amplitude beginnt und diese vom Signalgenerator (G1) erzeugte elektrische Schwingung dem Ultraschallsender (33, S1) zugeführt wird und dieser daraus eine mechanische Ultraschallschwingung erzeugt, die mit Unterstützung von Koppelflüssigkeit den Prüfgegenstand (2) durchdringt und die Ultraschallempfänger (65, P1, P2, P3 und P4) die den Prüfgegenstand (2) durchdringenden Anteile der mechanischen Ultraschallschwingung empfangen und diese in vier entsprechende analoge elektrische Signale konvertieren, wonach diese von Vorverstärkern (N1, N2, N3 und N4) angepasst und zu Analog-/Digitalwandlern (B1, B2, B3 und B4) geführt werden, welche diese in digitale Signale wandeln, wonach diese mittels digitaler Verbindungen (L11, L12, L13 und L14) an die Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) zwecks Weiterverarbeitung geführt werden, um als Information zu einer Durchführung von Berechnungen zwecks Beurteilung des Zustands des Prüfgegenstands (2) seitens der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) aufgrund bekannter Algorithmen dienen, und diese Berechnungsergebnisse der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) über den Zustand des Prüfgegenstands (2) zu einem Anzeigeelement (A2) oder zu einer innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) vorhandenen elektronischen digitalen Ausgabeschnittstelle zwecks Weiterführung ausgegeben wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aufgetretene Fehler an der digitalen Ausgabeschnittstelle der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) zwecks Weiterführung ausgegeben werden.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) über ein Eingabemodul oder eine innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit (9, A1) vorhandene Eingabeschnittstelle verfügt, über welche Informationen über die dem Material des Prüfgegenstands entsprechende Schallgeschwindigkeit, die Raumkoordinaten des Ultraschallsenders, die gewünschte Wahl der Variante des Auswertealgorithmus, neue Programmeinspielung oder Umprogrammierung der Steuer- und Auswerteinheit, Einzelheiten zur der Art der Anzeige am Anzeigeelement und Einzelheiten zur Weitergabe der Prüfungsergebnisse, wie Informationen zur Konfiguration, Übertragungs-Protokoll und Adressierung des Empfängers der Prüfungsergebnisdaten eingegeben werden können.
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