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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Bei einem In-Line-Phased-Array-Ultraschallsystem zur Prüfung von Rundstäben oder Vierkantstäben werden häufig Scherwellen (Scherwelle) zur Prüfung der Bereiche an und unter der Staboberfläche (unter der Oberfläche) verwendet, die auch als wandnahe Bereiche bezeichnet werden. Zur Prüfung von Rundstäben dienen üblicherweise mehrere kreisrunde PA-Sonden (PA: Phased-Array), die sich in einer konzentrischen Anordnung um den zu prüfenden Stab befinden, wobei jede PA-Sonde Scherwellenstrahlen im Uhrzeigersinn (clockwise, CW) und gegen den Uhrzeigersinn (counterclockwise, CCW) in einem Winkel zur Staboberfläche, beispielsweise von 40 Grad, abstrahlt, um die Oberfläche und Bereiche unter der Oberfläche zu prüfen. Zur Prüfung von Vierkantstäben dienen üblicherweise flache lineare PA-Sonden, die sich in einer Anordnung parallel zu und über jeder Seite des Stabs befinden, wobei jede PA-Sonde aus einem Wasserkoppelmittel heraus CW- und CCW-Scherwellenstrahlen in einem Winkel von ungefähr 40 Grad in die entsprechende Oberfläche (beispielsweise die obere Oberfläche) abstrahlt und die Schallstrahlen zu den beiden benachbarten Oberflächen weiter geleitet werden (zum Beispiel die rechte und die linke vertikale Oberfläche).
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Vor Durchführung der Prüfungen müssen die Empfindlichkeiten der Scherwellenstrahlen jedoch mit Hilfe einer künstlichen Fehlerstelle oder mehrerer künstlicher Fehlerstellen kalibriert werden; dabei handelt es sich im typischen Fall um Querbohrungen (side-drilled holes, SDHs) unter der Oberfläche oder um Oberflächenkerben.
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Eine Beschreibung der Inline-Prüfung von Rundstäben ist Abschnitt 5.10.2 in «Introduction to phased array ultrasonic technology applications» (ISBN 0-9735933-0-X), zu entnehmen, in dem die Rundstabprüfung im Allgemeinen beschrieben wird.
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Bei Rundstäben kann die Kalibrierung ohne größere Probleme erreicht werden, was auf die Rotationssymmetrie und die Drehbarkeit von Rundstäben zurückzuführen ist. Genauer gesagt, wenn eine wandnahe Querbohrung oder eine Oberflächenkerbe in einem runden Kalibrierungsstab mit dem Stab um die Stabachse rotiert, können ein und dieselbe Fehlerstelle durch sämtliche Sendemodulierungen detektiert und anschließend die Detektionsempfindlichkeiten ermittelt und von der Software des Prüfsystems kompensiert werden.
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Zur Kalibrierung eines Vierkantstabs kann das genannte Kalibrierverfahren jedoch nicht verwendet werden, da ein Vierkantstab keine Rotationssymmetrie aufweist.
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Bisherige Ansätze zur In-Line-Prüfung von Vierkantstäben sind der
in «Advances in phased array ultrasonic technology applications» (ISBN 0-9735933-4-2), zu entnehmen, in der die Oberflächenprüfung von Vierkantstäben mittels Scherwellen nicht ausführlich beschrieben wird. Verfahren zur Prüfung von Prüfgegenständen mittels Ultraschall sind auch aus den folgenden Dokumenten bekannt:
DE 10 2007 043 004 A1 ;
DE 33 46 791 A1 ;
US 2010 / 0 212 430 A1 ;
JP S58 - 61 462 A .
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Eine Patentrecherche nach Scherwellenkanal-Kalibrierung von Vierkantstäben wurde durchgeführt, ohne dass ein ähnliches Ergebnis gefunden wurde.
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Ähnlich wie bei dem Kalibrierungsprozedere bei der Ultraschallprüfung von quadratischen oder rechteckigen Teilen können die Empfindlichkeiten eines Scherwellenkanals durch Translation der PA-Sonde in der Strahlebene mit Hilfe von Querbohrungen unter der Oberfläche oder Oberflächenkerben in der zu prüfenden Oberfläche kalibriert werden. Genauer gesagt, wird in der zu untersuchenden Oberfläche eine Reihe von Fehlerstellen mit unterschiedlichen Tiefen oder Schallwegen erzeugt und, wenn die PA-Sucheinheit sich in der Arbeitsebene der Sonde bewegt, können die Strahlen die Fehlerstellen senkrecht kreuzen, so dass die Empfindlichkeiten auf diese Weise ermittelt werden können. Bei der Durchführung der In-Line-Prüfung ist dieses Kalibrierungsverfahren jedoch unpraktisch, weil i) der für die Translationsbewegung der gleichmäßig um den Vierkantstab herum angeordneten PA-Sonden benötigte Bewegungsmechanismus sehr komplex werden kann, ii) bei diesem Mechanismus leicht Fehler bei der Positionierung der PA-Sonden auftreten, die auf ein Ruckeln bei der Bewegung zurückzuführen sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die offen gelegte Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren geeignet zur Kalibrierung eines Phased-Array-Systems, das zur Prüfung von länglichen Vierkantstäben ausgebildet ist. Es wird ein länglicher Kalibrierungs-Vierkantstab bereit gestellt, der einen Array von parallelen linearen Kerben über den gesamten Bereich der Prüfoberfläche des Vierkantstabs hinweg aufweist. Im Verlauf der Kalibrierung wird der Vierkantstab in axialer Richtung der Sonde durch die Sonde hindurchgeführt. Das Phased-Array-System wird entsprechend eingestellt und kalibriert, so dass die Echoamplitude für jeden Prüfstrahl der Phased-Array-Sonde, die von jeder Kerbe erhalten wird, im Wesentlichen gleich ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zerstörungsfreies Phased-Array-Prüfsystem für die Scherwellenprüfung von Vierkantstäben ausgebildet und das System umfasst: mindestens eine Phased-Array-Sonde, die eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, wobei jede Öffnung mindestens ein Ultraschall-Prüfelement umfasst und die Sonde mit Hilfe von Ultraschall-Sendemodulierungen angewandt wird, um einen linearen Abtastkanal zu bilden, der eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen umfasst, wobei jeder der Strahlen Echosignale mit einer Echoamplitude aufweist und jeder der Strahlen einer der Öffnungen zugeordnet ist, einen länglichen Kalibrierungs-Vierkantstab mit vier Seitenwänden, die als vier Prüfoberflächen dienen und von denen mindestens eine einen Array aus parallelen linearen Kerben aufweist, die im Wesentlichen über den gesamten Bereich der Prüfoberfläche hinweg eingeprägt sind, wobei die Längsrichtung der linearen Kerben im Wesentlichen in derselben Richtung wie die axiale Richtung des Vierkantstabs verläuft, wobei der Vierkantstab so ausgebildet ist, dass er bei der Prüfung mit seiner axialen Richtung rechtwinklig zu der Arbeitsrichtung der Sonde durch die Sonde hindurch geführt wird, wobei jeder Prüfstrahl mindestens eine der Kerben überstreicht und das Prüfsystem für die Äquilibrierung der Sonde durch Einstellen jedes Prüfelements ausgebildet ist, so dass die Echoamplitude jedes Strahls, der jeder Kerbe zugeordnet ist, als im Wesentlichen gleich präsentiert wird. Der Kalibrierungs-Vierkantstab weist vorzugsweise im Wesentlichen dieselbe Größe und Form wie die Prüfobjekt-Vierkantstäbe auf und die Kerben sind geringfügig geneigt, so dass die Längsrichtung der Kerben und die axiale Richtung des Stabs einen Neigungswinkel α bilden, so dass die Beziehung zwischen der Kerbensteigung d, der Kerbenlänge L und dem Neigungswinkel α festgelegt wird durch:
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Der Neigungswinkel α kann im Bereich von 3 bis 5 Grad liegen.
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Vorzugsweise umfasst das Prüfsystem darüber hinaus ein Software- oder Firmware-Modul, das ausgeführt werden kann, um zur Äquilibrierung der Sonde automatisch die Verstärkung aller einzelnen Elemente einzustellen, so dass die Echoamplitude für jeden Strahl, die jeder Kerbe zugeordnet ist, als im Wesentlichen gleich präsentiert wird und der Kalibrierungs-Vierkantstab darüber hinaus mit einem bekannten Standardreflektor an oder nahe der Prüfoberfläche ausgebildet ist, wobei der bekannte Reflektor eine Größe und eine Form wie typische Fehlerstellen, wie sie bei einem typischen Prüfobjekt zu erwarten sind, aufweist, wobei die Empfindlichkeit des Prüfsystems durch Einstellen einer Basisamplitude, die von dem Echosignal von dem Reflektor empfangen wird, auf einen vorbestimmten Betriebswert kalibriert wird. Die Basisamplitude wird vorzugsweise von einem der Strahlen mit der Höchstamplitude, der das Echo vom Standardreflektor repräsentiert, erhalten.
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Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Durchführung der Kalibrierung eines zerstörungsfreien Phased-Array-Prüfsystems mit mindestens einer Phased-Array-Sonde, wobei das Prüfsystem für die Scherwellenprüfung von Vierkantstäben ausgebildet ist und die Sonde eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, wobei jede Öffnung mindestens ein Ultraschall-Prüfelement umfasst und die Sonde mit Hilfe von Ultraschall-Sendemodulierungen angewandt wird, um einen linearen Abtastkanal zu bilden, der eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen umfasst, wobei jeder der Strahlen Echosignale mit einer Echoamplitude aufweist und jeder der Strahlen einer der Öffnungen zugeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines länglichen Kalibrierungs-Vierkantstabs mit vier Seitenwänden, die als vier Prüfoberflächen dienen und von denen mindestens eine einen Array aus parallelen linearen Kerben aufweist, die im Wesentlichen über den gesamten Bereich der Prüfoberfläche hinweg eingeprägt sind, wobei die Längsrichtung der linearen Kerben im Wesentlichen in derselben Richtung wie die axiale Richtung des Vierkantstabs verläuft, wobei der Vierkantstab so ausgebildet ist, dass er bei der Prüfung mit seiner axialen Richtung rechtwinklig zu der Arbeitsrichtung der Sonde durch die Sonde hindurch geführt wird; Betreiben des Prüfsystems, so dass der Strahl mindestens eine der Kerben überstreicht und Durchführen der Äquilibrierung der Sonde durch Einstellen jedes Prüfelements, so dass die Echoamplitude jedes Strahls, der jeder Kerbe zugeordnet ist, als im Wesentlichen gleich präsentiert wird. Der Kalibrierungs-Vierkantstab weist vorzugsweise im Wesentlichen dieselbe Größe und Form wie die Prüfobjekt-Vierkantstäbe auf und die Kerben sind geringfügig geneigt, so dass die Längsrichtung der Kerben und die axiale Richtung des Stabs einen Neigungswinkel α bilden, und Bereitstellen des Kalibrierungs-Vierkantstabs mit einem bekannten Standardreflektor an oder nahe der Prüfoberfläche, wobei der bekannte Reflektor eine Größe und eine Form wie typische Fehlerstellen, wie sie bei einem typischen Prüfobjekt zu erwarten sind, aufweist, und Kalibrieren der Empfindlichkeit des Prüfsystems durch Einstellen einer Basisamplitude, die von dem Echosignal von dem Reflektor empfangen wird, auf einen vorbestimmten Betriebswert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Scherwellenkanalkalibrierung für die Prüfung von Vierkantstäben, bei der ein Kalibrierungs-Vierkantstab nach der vorliegend offen gelegten Erfindung, der an einer Prüfoberfläche (Wand) mit parallelen Kerben, die versehen ist, verwendet wird, in einer perspektivischen Ansicht.
- 2 zeigt den Aufbau zur Scherwellenkanalkalibrierung nach 1 für eine der PA-Sonden, die eine CW-Scherwellenprüfung durchführt, in einer Querschnittsansicht.
- 3 ist ein Diagramm zur Darstellung der geometrischen Beziehung zwischen dem Kerbenneigungswinkel, der Kerbenlänge L und der Kerbensteigung d, wobei jedes Strahlenende 2a, das an der Seitenwand 4b endet, über mindestens eine Kerbe 3 streicht, wenn der Kalibrierungsstab 4 sich in axialer Richtung des Stabs bewegt, und von Scherwellen-Strahlenset 2 abgetastet wird.
- 4a zeigt die Kalibrierungsschritte nach der vorliegenden Offenlegung zur Kalibrierung der Scherwellenkanal-Empfindlichkeit mit einer wandnahen Querbohrung 10 (auch SDH genannt), die parallel zur Stabachse angebracht ist.
- 4b zeigt die Kalibrierung der Scherwellenkanal-Empfindlichkeit mit einer Oberflächenkerbe, die parallel zur Stabachse angebracht ist. In diesem Fall ist es ausreichend, einen der beiden Strahlen 2 zu kalibrieren.
- 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem Kalibrierungsschritte dargestellt sind.
- 6a, 6b, 6c und 6d erläutern den für vier Wände des Vierkantstabs durchgeführten Kalibrierungsschritt. Die Bereiche mit geneigten Kerben 3a bis 3d in einem Kalibrierungsstab 4 und die entsprechenden Scherwellenkanäle 601a bis 601h werden in Verbindung mit vier Sonden eingesetzt.
- 7a, 7b, 7c und 7d beschreiben den Gesamtschritt der Empfindlichkeitskalibrierung (Schritt 2), der mit Hilfe von vier Querbohrungen 10a bis 10d unter der Oberfläche für vier Wände durchgeführt wird.
- 8a, 8b, 8c und 8d beschreiben den Gesamtschritt der Empfindlichkeitskalibrierung (Schritt 2), der mit Hilfe von vier Oberflächen-Standardkerben 12a bis 12d, die sich jeweils an einer Seitenwand befinden, durchgeführt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN OFFENLEGUNG
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Beschreibung der grundlegenden Ausführungsform
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Das Verfahren zur Kalibrierung eines PA-Systems zur Prüfung von Vierkantstäben umfasst zwei Hauptschritte, wobei der erste Schritt Äquilibrierungskalibrierung genannt wird, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 - 3 und 7 erläutert ist. Der zweite Schritt wird Empfindlichkeitskalibrierung genannt und ist in 4a, 4b, 8 und 9 beschrieben und dargestellt.
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Bezugnehmend auf 1, ist der erste Schritt der Scherwellenstrahlkalibrierung, die Äquilibrierungskalibrierung, so aufgebaut, dass ein Kalibrierungs-Vierkantstab 4 in seiner axialen Richtung (x) durch eine Phased-Array-Sonde 1 hindurch geführt wird. Parallele Kerben 3 mit einer einheitlichen Tiefe sind über die gesamte Breite einer Prüfoberfläche bis zu einer Seitenwand 4b angebracht. Es ist anzumerken, dass die geometrischen Eigenschaften sämtlicher Kerben 3, einschließlich der Tiefe und der Neigungswinkel, maschinell so gefertigt werden, dass sie gleich sind und so einheitlich wie möglich sind.
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Weiterhin Bezug nehmend auf 1, weist die Sonde 1 vorzugsweise eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Öffnungen auf und jede Öffnungen sendet und empfängt Antworten für mindestens einen Ultraschallstrahl 2. Ein Prüf- oder Kalibrierkanal wird durch eine lineare Abtastung durch eine Reihe von Strahlen 2, die entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgt, gebildet. Der oder die Ultraschallstrahlen, die bei einer Abtastung generiert werden, werden auch als Sendemodulierungen bezeichnet.
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Wie in 1 dargestellt ist, detektiert eines der Scherwellen-Sendemodulierungen 2 eine geneigte Kerbe, wenn das Ende des Strahls 2a in axialer Richtung x des Stabs durch die Kerbenzone 3 hindurch tritt. Es ist zu beachten, dass der als Vierkantstab bezeichnete Stab rechtwinklige Ecken oder runde Ecken aufweisen kann. Die Scherwellenstrahlen 2 werden von der Staboberfläche 4a zu der Seitenwand 4b übertragen. An der Seitenwand 4b befindliche Kerben 3 sind vorzugsweise geringfügig geneigt gegenüber der axialen Richtung x des Stabs. Während der Stab 4 sich entlang der x-Achse bewegt, tasten die Scherwellenstrahlen 2 den Kerbenbereich mit den Kerben 3 ab und detektieren die Kerben. Die geneigten Kerben sind so angeordnet, dass jedes Strahlenende 2a immer mindestens einen Teil von einer oder zwei Kerben überstreichen kann, während der Stab sich in der x-Richtung bewegt. Durch Messung der Amplitude des Echos eines jeden Scherwellenstrahlens 2, das als Antwort von jeder Kerbe des Kerbenbereichs 3 empfangen wird, können die Empfindlichkeiten der Scherwellenstrahlen kompensiert und anschließend mit Hilfe der Software des Prüfsystems äquilibriert werden.
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Bei diesem Schritt der Äquilibrierungskalibrierung in Verbindung mit 1-3 wird die Verstärkung für jedes Element kompensiert, so dass die von jeder Kerbe des Kerbenbereichs 3 empfangenen Echoamplituden gleich sind.
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Indem dafür gesorgt wird, dass die geneigten Kerben starke Reflektoren für Scherwellenstrahlen darstellen, kann die Einheitlichkeit des Signals verbessert werden, wenn kleinere Uneinheitlichkeiten des Materials im Volumen des Kalibrierungsstabs vorhanden sind. Zu diesem Zweck wird der Kerbenneigungswinkel (α wie in 3 dargestellt ist) vorzugsweise auf 3-5 Grad beschränkt und die Tiefe der geneigten Kerben in die Wand hinein ist für jede Kerbe einheitlich und beträgt im typischen Fall bis zu 1,5 bis 2 mm.
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Bezug nehmend auf 2, ist eine Schnittansicht dargestellt, die der Projektionsansicht von 1 entspricht und die Scherwellenstrahlen 2 und den Vierkantstab 4 mit einem eingekerbten Bereich 3 darstellt.
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Durch Bezugnahme auf
3 und unterstützt durch Rückbezug auf
1 und
2 werden nun die geometrischen Beziehungen zwischen dem Kerbenneigungswinkel α, der Kerbenlänge L und der Kerbensteigung d beschrieben. Zwei Kerben an Wand
4b sind repräsentativ dargestellt. Jedes Strahlenende
2a bewegt sich auf der Seitenwand
4b in axialer Richtung
301 des Stabs und tastet die Seitenwand
4b ab. Zur Messung der Strahlempfindlichkeit ist es notwendig, dass das Strahlende
2a mindestens einmal eine geneigte Kerbe überstreicht, während der Stab sich in axialer Richtung des Stabs bewegt. Um diese Voraussetzung zu erfüllen, müssen die Parameter a, L und d die folgende Gleichung erfüllen:
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Der bisherige Teil der vorliegenden Ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit 1 und 2 diente dem Zweck, eine Äquilibrierung (Abgleich) der Sendemodulierungen für jeden auf jede Kerbe 3 einwirkenden Strahl zu erhalten. Nun wird unter Bezugnahme auf 4a und 4b der zweite Schritt der Kalibrierung durchgeführt, um die Gesamtempfindlichkeit der Scherwellenstrahlen als ein Gesamtkanal kollektiv zu erhalten. Dieser Schritt wird „Empfindlichkeitskalibrierung“ genannt.
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Die Empfindlichkeitskalibrierung kann durchgeführt werden mit Hilfe einiger bekannter Indikatoren (Fehlerstellen), deren Positionen und geometrische Eigenschaften bekannt sind. Bekannte und sehr gebräuchliche Indikatoren, wie zum Beispiel Querbohrungen 10 (auch SDH genannt) und Empfindlichkeits-Standardkerben 12 werden beispielhaft für die Empfindlichkeitskalibrierung verwendet.
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4a zufolge umfasst die vorliegend offen gelegte Ausführungsform die Anwendung einer wandnahen Querbohrung 10. Die axiale Richtung der Querbohrung 10 ist parallel zur axialen Richtung des Stabs 4. Im Normalfall ist die Querbohrung ein schwächerer Reflektor als die geneigten Kerben. Die Empfindlichkeitskalibrierung erfolgt auf dieselbe Weise wie bei dem gültigen Prozedere der PA-Empfindlichkeitskalibrierung. Die Amplitude von Echosignalen in Verbindung mit den bekannten Querbohrungen 10 wird als eine Basislinie verwendet. Im Prinzip wird durch Einstellung der Basislinie irgend einer Sendemodulierung auf den erforderlichen Amplitudenwert (z.B. auf 80% volle Bildschirmhöhe (full screen height, FSH)), werden die Empfindlichkeiten anderer Sendemodulierungen 2 gleichzeitig ebenfalls eingestellt, da diese miteinander verknüpft sind und in dem in 1 oder 2 beschriebenen vorherigen Schritt äquilibriert werden. Es reicht aus, einen der Scherwellenstrahlen 2 zu kalibrieren.
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In der Realität beinhaltet das Echosignal bei der Detektierung einer Querbohrung 10 unter der Oberfläche mit einem Scherwellenstrahlen 2, der eine bestimmte Strahlbreite aufweist, im Normalfall drei Hauptkomponenten, die den drei folgenden Schallwegen entsprechen: 1) einem Schallweg, der den direkten Hin- und Herlauf zu/von der Querbohrung ohne Wechselwirkung mit der Seitenwand 4b darstellt, 2) einem Schallweg, der durch die Querbohrung 10 verläuft und nach der Unterbrechung durch die Querbohrung 10 weiter zur Seitenwand 4b verläuft und schließlich zu der Strahlöffnung zurückkehrt (es ist anzumerken, dass auch der umgekehrte Weg existiert), und 3) einem Schallweg, der einem Hin- und Herlauf zu/von der Querbohrung 10 über eine Reflektion an der Seitenwand 4b darstellt. Diese Komponenten erfolgen alle innerhalb eines sehr kurzen Bewegungszeitbereichs, da die Querbohrung 10 sich sehr nahe an der Wand 4b befindet. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist bekannt, dass ein mit einem Gatter versehener Strahl lediglich eine Komponente detektiert, deren Echosignal die Höchstamplitude aufweist. Es ist mit Hilfe von mehreren benachbarten Strahlen möglich, unterschiedliche Komponenten bei unterschiedlichen Amplituden zu detektieren. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, wird die Höchstamplitude häufig von dem zweiten Schallweg präsentiert. Der Einfachheit halber wird der Strahl, der die Querbohrung 10 mit der Höchstamplitude detektiert, nachfolgend „der Strahl, der der Querbohrung entspricht“ genannt. Ähnlich zum bekannten Prozedere bei anderen bestehenden Techniken zur Empfindlichkeitskalibrierung wird die Empfindlichkeit des Strahles, der der Querbohrung entspricht, bei der Empfindlichkeitskalibrierung auf die anderen Strahlen angewandt.
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Es wird nun Bezug genommen auf 4b, die einen alternativen zweiten Schritt der Empfindlichkeitskalibrierung beschreibt, indem eine Standardkerbe 12 eingesetzt wird. Wie in 4b dargestellt ist, wird die Gesamtempfindlichkeit des Scherwellenkanals mit Hilfe einer Standardkerbe an der Oberfläche, die parallel zu der axialen Richtung x des Stabs verläuft, ermittelt. Die normale Standardkerbe 12 geht weniger tief als die geneigten Kerben 3 an der Seitenwand und ist daher ein schwächerer Reflektor. Bei den meisten bestehenden Phase-Array-Systemen werden durch Einstellung der Empfindlichkeit irgend einer Sendemodulierung auf den erforderlichen Amplitudenwert (z.B. auf 80% volle Bildschirmhöhe die Empfindlichkeiten der anderen Sendemodulierungen gleichzeitig ebenfalls eingestellt, da diese häufig miteinander verbunden sind und in dem in 1 oder 2 beschriebenen vorherigen Schritt äquilibriert werden.
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Bezugnehmend auf 5 wird ein Betriebsprozess in einem Ablaufdiagramm beschrieben, in dem die Schritte der Scherwellenstrahlkalibrierung zur Prüfung von Vierkantstäben nach der vorliegenden Offenlegung darstellt sind. Die vorstehenden Beschreibung zusammenfassend umfasst der Prozess der Kalibrierung einer PA-Sonde für die Scherwellenprüfung von Vierkantstäben zwei Schritte. In Schritt 501 wird der Prozess des Äquilibrierens aller Elemente von Sonde 1 durchgeführt, indem die Verstärkung jedes einzelnen Elements so eingestellt wird, dass die empfangene Amplitude von jedem Element den gleichen Wert aufweist. Wie in der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit 4a and 4b ausführlich beschrieben ist, wird die Sonde in Schritt 502 weiter kalibriert, indem einer der Standardrefektoren (Indikatoren) auf dieselbe Weise wie bei der bestehenden PA-Empfindlichkeitskalibrierungen eingesetzt wird.
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Es ist anzumerken, dass der erste Schritt der Äquilibrierung (501) in zahlreichen bestehenden PA-System eingebaut ist, hauptsächlich in Form von ausführbarer Software. Nach Eingabe eines Befehls kann das PA-System die Äquilibrierung durch Analyse und Einstellung der Verstärkungen der Probelemente automatisch durchführen. Der neuartige Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Kalibrierungsstab mit den geneigten und tiefengleichen Kerben auf die Art und Weise bereit gestellt wird, die in der vorliegenden Offenlegung beschrieben ist.
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Beschreibung von alternativen Ausführungsformen
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Es wird nun Bezug genommen auf 6-8. Bei den meisten In-Line-Betrieben in der Praxis werden häufig mindestens vier Sonden bzw. vier Wandoberflächen gleichzeitig zur Prüfung verwendet. Daher wird die Kalibrierung von vier Sonden 1a, 1b, 1c und 1d mit demselben Prozess dargestellt, der vorstehend in Verbindung mit 1-5 beschrieben ist.
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Es ist anzumerken, dass die gesamte Beschreibung der grundlegenden Ausführungsform in Verbindung mit 1-5 auch auf die alternativen Ausführungsformen zutrifft und in einem komplementären Sinn zu verstehen ist. Die vorliegende Beschreibung von alternativen Ausführungsformen konzentriert sich nur auf diejenigen Aspekte, die Erweiterungen oder Abweichungen von der grundlegenden Ausführungsform darstellen.
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Wie 6a, 6b, 6c und 6d zu entnehmen ist, werden lineare Abtastkanäle 601a bis 601d zur Durchführung von Scherwellen-Linearabtastungen im Uhrzeigersinn verwendet, während die Kanäle 601e bis 601h zur Durchführung von Scherwellen-Linearabtastungen gegen den Uhrzeigersinn eingesetzt werden. Der Kalibrierungsstab 4 wird für den Äquilibrierungsprozess mit vier Bereichen geneigter Kerben, nämlich 3a, 3b, 3c und 3d, gefertigt. Folglich kann Sonde 1a mit Hilfe der Kanäle 601a bzw. 601e für die beiden Kerben in Bereich 3a bzw. 3c äquilibriert werden. Es ist darüber hinaus anzumerken, dass die Kerben 3a geprüft werden können und zur Äquilibrierung der beiden Sonden 1a bzw. 1c mit Hilfe der Kanäle 601a bzw. 601g verwendet werden können.
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Der Äquilibrierungsprozess für jede der vier Sonden an jeder der vier Kerbenbereichen ist derselbe, wie der in Schritt 501, der in 5 dargestellt und der in der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit 1 und 2 beschrieben und dargestellt ist.
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Bezugnehmend auf 7a, 7b, 7c und 7d können die Schritte der Empfindlichkeitskalibrierung (Schritt 2) mit Hilfe von standardmäßigen wandnahen Querbohrungen 10a, 10b, 10c und 10d auf dieselbe Weise erfolgen, die in den Beschreibungen in Verbindung mit 4a, 4b und 5 dargelegt ist.
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Es kann angemerkt werden, dass jeder lineare Abtastkanal, wie 601a, einen Strahl 701a als „Strahl, der der Querbohrung entspricht“ aufweist, der dem in 4a und 4b ähnlich ist, wie in Abschnitt [0033] oben erklärt ist.
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7 beschreibt die gesamte Empfindlichkeitskalibrierung von Schritt 2 mit Hilfe von vier Querbohrungen 10a bis 10d unter der Oberfläche, die parallel zur Stabachse verlaufen. Eine Querbohrung, wie 10a, in mittlerer Tiefe einer Oberfläche, kann zur Kalibrierung der Gesamtempfindlichkeiten sowohl eines Uhrzeigersinn-Kanals 601a als auch eines Gegenuhrzeigersinn-Kanals 601g mit Hilfe von zwei PA-Sonden 1a und 1c eingesetzt werden. Dabei ist zu bedenken, dass dabei davon ausgegangen wird, dass die acht Kanäle bei unterschiedlichen Empfindlichkeiten im obigen Äquilibrierungsprozess (Schritt 1) in Verbindung mit 6a-6d äquilibriert sind. Im Rahmen der Gesamt-Empfindlichkeitskalibrierung (Schritt 2) wird die Empfindlichkeit des Strahls, der einer Querbohrung entspricht, gemessen und die Empfindlichkeiten der Strahlen, die dieselbe Oberfläche vermessen, werden gleich kompensiert.
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Auf ähnliche Weise beschreiben 8a-8d die Gesamt-Empfindlichkeitskalibrierung (Schritt 2) mit Hilfe von vier standardmäßigen Oberflächenkerben 12a bis 12d, wobei deren Längsrichtung parallel zu der Stabachse verläuft. Da eine Standardkerbe, wie 12a, in der mittleren Tiefe einer Oberfläche zur Kalibrierung der Gesamtempfindlichkeiten sowohl eines Gegenuhrzeigersinn-Kanals 601a als auch eines Uhrzeigersinn-Kanals 601g von zwei PA-Sonden 1c und 1a zur Kalibrierung der Gesamtempfindlichkeiten von 1c und 1a verwendet werden kann. Es ist anzumerken, dass dabei davon ausgegangen wird, dass die Kanäle 601a ~ 601h im Rahmen der vorherigen Äquilibrierung, dem Schritt 1 in Verbindung mit 6a ~ 6b, äquilibriert sind. Dem Fachmann auf diesem Gebiet wird geläufig sein, dass die Empfindlichkeit des Strahls, der einer Kerbe zugeordnet ist, wie der Strahl 801a, im Rahmen der Gesamt-Empfindlichkeitskalibrierung kalibriert wird und die Empfindlichkeiten sämtlicher Strahlen, die dieselbe Oberfläche detektieren, automatisch kompensiert werden.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, werden dem Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche Variationen und Modifikationen und weitere Anwendungen in den Sinn kommen. Bei diesen Variationen könnte es sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um die Verwendung des vorliegend offen gelegten Verfahrens zur Herstellung von Prüfobjekt und Abtastbildern der von NDT/NDI-Instrumenten aller Art generierten Prüfsignale handeln. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die hiermit vorgelegte spezielle Offenlegung beschränkt wird, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.
