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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Ultraschallüberprüfung länglicher Objekte und insbesondere die Ultraschallprüfung verschiedener länglicher Objekte.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Die Überprüfung länglicher Objekte, wie beispielsweise Rohre und Stäbe, ist häufig notwendig um festzustellen, ob die Objekte Mängel, eine Beschädigung, Fehlstellen oder dergleichen und insbesondere solche aufweisen, die sich unterhalb einer Oberfläche des Objektes befinden. Da derartige längliche Objekte häufig sehr lang und/oder sehr zahlreich sind, ist es außerdem sinnvoll, eine Überprüfung der Objekte in einem kontinuierlichen Prozess vorzunehmen, der während einer Relativbewegung jedes jeweiligen länglichen Objektes in Bezug auf eine Prüfanordnung bewerkstelligt werden kann.
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Eine bekannte Methode stellt die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung länglicher Objekte dar. In einem bekannten Beispiel ermöglicht eine Ultraschallprüfanordnung eine Überprüfung aufeinander folgender Abschnitte eines länglichen Objektes, während sich das Objekt relativ durch umgebende Ultraschallsensorarrays der Ultraschallprüfanordnung hindurch bewegt. Ferner wird in dem bekannten Beispiel eine Fluidmantelumgebung verwendet, um den jeweiligen Abschnitt des länglichen Objektes mit einem Koppelfluid (z.B. Wasser) zu umgeben, um die Ultraschallsensorarrays mit dem länglichen Objekt zur effizienten Leitung von Ultraschallimpulsen zu koppeln. Eine derartige Art einer Prüfanordnung kann als eine Rotationswasser- oder „ROWA“-Prüfanordnung bezeichnet werden. Dichtungselemente an der Vorder- und Hinterkante der Fluidmantelumgebung begrenzen die Fluidmantelumgebung und ermöglichen dennoch einen Durchgang des länglichen Objektes aufgrund der Gegenwart kreisförmiger Öffnungen, die durch die Dichtungselemente hindurchführen. Während das längliche Objekt durch die Prüfanordnung und deren Fluidmantelumgebung bewegt wird, werden Abschnitte des länglichen Objektes fortlaufend mittels der Ultraschallsensorarrays geprüft. Allgemein hat sich eine derartige Ultraschallprüfung der länglichen Objekte mit kreisförmigen Querschnitten, wie beispielsweise von Hohlrohren mit kreisförmigem Querschnitt, als ziemlich gut und vorteilhaft erwiesen.
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Es sollte erkannt werden, dass längliche Objekte verschiedener Kreisdurchmesser unter Verwendung einer einzigen Prüfanordnung geprüft werden können. Es kann eine gewisse Modifikation an der Prüfanordnung erforderlich sein, um die unterschiedlichen Kreisdurchmesser aufzunehmen. Z.B. können die Dichtungselemente an der Vorder- und der Hinterkante des Wassermantels angepasst oder ausgetauscht werden müssen, um eine andere Größe einer Kreisöffnung zu ergeben. Es sollte erkannt werden, dass für längliche Objekte mit größerem Durchmesser die Öffnungsgröße der Dichtungen entsprechend größer sein sollte. An sich ist es von Vorteil, eine Sensoranordnung zu haben, die regelmäßig eine Veränderung der länglichen Objekte, die zur Erfassung verarbeitet werden, akzeptieren kann.
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Es ist erwogen worden, dass es vorteilhaft sein kann, andere Arten von länglichen Objekten (d.h. mit nicht kreisförmigem Querschnitt) unter Verwendung einer Sensoranordnung einer ähnlichen Bauart zu prüfen. Z.B. sind einige längliche Objekte im Querschnitt nicht kreisförmig, sondern enthalten ein oder mehrere plane Flächen. In einem speziellen Beispiel können einige längliche Objekte vier flache Oberflächen und eine quadratische Querschnittsfläche haben. Jedoch sind die Sensorarrays in der bekannten Sensoranordnung derart eingerichtet/angeordnet, dass die Sensorarrays ausgelegt sind, um am besten bei länglichen Objekten mit kreisförmigem Querschnitt zu funktionieren. An sich kann die bekannte Sensoranordnung nicht in der Lage sein, eine optimale Erfassung derartiger länglicher Objekte mit nicht kreisförmigem Querschnitt zu ermöglichen. An sich besteht ein Bedarf danach, eine Sensoranordnung zu schaffen, die eine Überprüfung länglicher Objekte sowohl mit kreisförmigem als auch mit nicht kreisförmigem Querschnitt ohne Weiteres ermöglichen kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Kurzbeschreibung liefert eine vereinfachte Zusammenfassung, um ein besseres Verständnis einiger Aspekte der Systeme und/oder Verfahren, wie sie hierin erläutert sind, zu schaffen. Diese Kurzbeschreibung gibt keinen umfassenden Überblick über die hierin beschriebenen Systeme und/oder Verfahren. Sie ist nicht dazu bestimmt, die Schlüsselelemente/wichtigsten Elemente zu identifizieren oder den Umfang derartiger Systeme und/oder Verfahren abzugrenzen. Ihr alleiniger Zweck besteht darin, einige Konzepte in einer vereinfachten Form als eine Einleitung für die detailliertere Beschreibung, die hier nachstehend dargeboten ist, zu präsentieren.
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Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Prüfanordnung zur Prüfung eines länglichen Objektes bereit. Die Anordnung enthält ein Gehäuse, das einen Innenraum bereitstellt, in dem eine Prüfung erfolgen soll. Das Gehäuse weist einen Eintritt und einen Austritt auf, die für eine jeweilige Bewegung des Objektes in Bezug auf den Innenraum auf einer Achse fluchtend ausgerichtet sind. Die Anordnung enthält mehrere Ultraschallsensorarrays, die um die Achse angeordnet sind, um Ultraschallsensorimpulse in das Gehäuse zu richten. Jedes Sensorarray weist mehrere Ultraschallsensoren auf, wobei jeder Ultraschallsensor positioniert ist, um einen jeweiligen Ultraschallsensorimpuls in eine jeweilige Richtung innerhalb des Innenraums zu leiten. Die Anordnung enthält eine Fluidzufuhrvorrichtung zur Zuführung eines Koppelfluids in den Innenraum. Das Koppelfluid erfasst das längliche Objekt und überträgt die Ultraschallsensorimpulse auf das längliche Objekt. Die Anordnung enthält mehrere Umlenkelemente, die den mehreren Ultraschallsensorarrays zugeordnet sind. Jedes Umlenkelement ist derart positioniert, dass Ultraschallsensorimpulse von den jeweiligen Ultraschallsensorarrays durch das jeweilige Umlenkelement fortschreiten, wobei jedes Umlenkelement zur Umlenkung wenigstens eines Teils der Ultraschallsensorimpulse, damit sie in eine andere Richtung fortschreiten, eingerichtet ist.
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Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Schaffung der Prüfanordnung zur Prüfung eines länglichen Objektes bereit. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen eines Gehäuses mit einem Innenraum, in dem eine Prüfung erfolgen soll. Das Gehäuse weist einen Eintritt und einen Austritt auf, die zur jeweiligen Bewegung des Objektes in Bezug auf den Innenraum auf einer Achse fluchtend ausgerichtet sind. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen mehrerer Ultraschallsensorarrays, die um die Achse angeordnet werden, um Ultraschallsensorimpulse in das Gehäuse hinein zu richten. Jedes Sensorarray weist die mehreren Ultraschallsensoren auf, wobei jeder Ultraschallsensor positioniert ist, um einen jeweiligen Ultraschallsensorimpuls in eine jeweilige Richtung innerhalb des Innenraums zu leiten. Das Verfahren enthält ferner ein Bereitstellen einer Fluidzufuhrvorrichtung zur Zuführung des Koppelfluids in den Innenraum. Das Koppelfluid erfasst das längliche Objekt und überträgt die Ultraschallsensorimpulse auf das längliche Objekt. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen mehrerer Umlenkelemente, die den mehreren Ultraschallsensorarrays zugeordnet sind. Jedes Umlenkelement wird derart positioniert, dass Ultraschallsensorimpulse von dem jeweiligen Ultraschallsensorarray durch das jeweilige Umlenkelement fortschreiten. Jedes Umlenkelement lenkt wenigstens einen Teil der Ultraschallsensorimpulse um, damit diese in eine andere Richtung fortschreiten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das Vorstehende sowie weitere Aspekte der Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet, das die Erfindung betrifft, beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offenkundig, in denen zeigen:
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1 eine schematisierte Ansicht eines Schnitts entlang einer Achse eines länglichen Objektes, das in einer Ultraschallprüfanordnung mittel Ultraschalls geprüft wird, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1, wobei jedoch ein Teil der Hintergrundstruktur weggelassen ist, und unter Veranschaulichung mehreren Ultraschallsensorarrays und zugehöriger Ultraschallumlenkelemente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 1, wobei jedoch ein Teil der Hintergrundstruktur weggelassen ist, und unter Veranschaulichung einer Fluidzuführung in einen Gehäuseinnenraum zur Ultraschallimpulsübertragung;
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 2 veranschaulichten Strukturen und insbesondere unter Veranschaulichung eines Beispiels für eine Umlenkung von Ultraschallsensorimpulsen für eine senkrechte Verbindungsstelle mit ebenen Oberflächen des Objektes gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine weitere Vergrößerung eines Teils der in 4 veranschaulichten Strukturen und unter Veranschaulichung eines einzelnen Ultraschallsensorarrays und eines einzelnen zugehörigen Umlenkelementes gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen, die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung verkörpern, sind beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht. Diese veranschaulichten Beispiele sollen keine Beschränkungen für die Erfindung darstellen. Z.B. können ein oder mehrere Aspekte der Erfindung in anderen Ausführungsformen und sogar anderen Arten von Vorrichtungen verwendet werden. Außerdem wird eine bestimmte Terminologie hierin lediglich der Zweckmäßigkeit wegen verwendet, und sie soll nicht als eine Beschränkung für die Erfindung aufgefasst werden. Noch weiter werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Elemente zu bezeichnen.
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1 zeigt ein Beispiel für eine Prüfanordnung 10 zur Überprüfung oder Untersuchung eines länglichen Objektes 12 gemäß wenigstens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es sollte erkannt werden, dass 1 eine schematische Darstellung ist und nicht dazu bestimmt ist, jedes mögliche spezielle Detail der beispielhaften Prüfanordnung 10 zu liefern und dass sie einfach wenigstens einen Aspekt der Erfindung vermitteln soll.
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Die beispielhafte Prüfanordnung 10 enthält ein Gehäuse 16, in dem eine Überprüfung eines Teils (z.B. eines kurzen Segmentes) 12A des länglichen Objektes 12 stattfindet, während das längliche Objekt zunehmend durch das Gehäuse hindurch bewegt wird. Jeder Abschnitt (z.B. 12A) des länglichen Objektes 12 wird als solcher aufeinanderfolgend kontrolliert. Außerdem kann eine Folge länglicher Objekte (z.B. 12) durch das Gehäuse 16 der Prüfanordnung 10 hindurch bewegt werden, und somit kann jedes aufeinander folgende längliche Objekt (z.B. 12) sequentiell geprüft werden. Diese Methode der fortlaufenden Überprüfung sorgt für eine effiziente Prüfung derartiger länglicher Objekte (z.B. 12) aufgrund der Relativbewegung der länglichen Objekte durch das Gehäuse 16 der Prüfanordnung 10.
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Das Gehäuse 16 umschließt einen Innenraum 20, in dem die Prüfung erfolgt. Das Gehäuse 16 weist einen Eintritt 22 auf, in den das längliche Objekt 12 in den Innenraum 20 hinein bewegt wird. Das Gehäuse 16 weist ferner ein Austritt 24 auf, von dem aus das längliche Objekt 12 nach außen und von dem Gehäuse weg bewegt wird. Der Eintritt 22 und der Austritt 24 sind entlang einer Achse 26 koaxial ausgerichtet. Somit ermöglicht diese Ausrichtung eine Bewegung des länglichen Objektes 12 in den Innenraum 20 des Gehäuses 16 hinein, durch diesen hindurch und aus diesem heraus (d.h. eine Relativbewegung in Bezug auf den Innenraum).
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Die beispielhafte Prüfanordnung 10 enthält eine Ultraschallerfassungsvorrichtung 28, die wiederum mehrere Ultraschallsensorarrays 30A–30D (von denen in 1 zwei, 30A und 30C, veranschaulicht sind) sowie einen zugehörigen Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 enthält. Die Ultraschallsensorarrays 30A–30D (siehe 2) sind um die Achse 26 herum angeordnet. Insbesondere sind die mehreren Sensorarrays 30A–30D voneinander beabstandet, um einen Abschnitt 20A des Innenraums 20 zu umgeben (z.B. kreisartig zu umschließen), und umgeben somit den Abschnitt 12A des in dem Innenraum befindlichen länglichen Objektes 12. In dem veranschaulichten Beispiel sind vier Sensorarrays 30A–30D vorgesehen und jeweils mit 30A–30D identifiziert. Es sollte erkannt werden, dass eine andere Anzahl (d.h. mehr oder weniger als vier) der Sensorarrays 30A–30D vorhanden sein kann. Hierin können die Sensorarrays allgemein/gemeinsam mittels lediglich eines einzigen Bezugszeichens (z.B. 30D) bezeichnet werden, wobei verstanden wird, dass die Erläuterung in gleicher Weise für alle/anderen Sensorarrays (z.B. 30A–30D) gilt.
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Jedes Ultraschallsensorarrays (z.B. 30D) enthält mehrere Ultraschallsensoren 31 (von denen lediglich einige gezeigt und schematisch dargestellt sind). Es sollte erkannt werden, dass spezielle Einzelheiten der einzelnen Ultraschallsensoren 31 keine speziellen Beschränkungen hinsichtlich der vorliegenden Erfindung darstellen müssen. Demgemäß sind Details der speziellen mehreren Ultraschallsensoren 31 in den Zeichnungen weggelassen. Es sollte beachtet werden, dass jeder Sensor 31 konstruiert/eingerichtet ist, um Ultraschallsensorimpulse 32 in den Abschnitt 20A des Innenraums 20 des Gehäuses 16 und somit in Richtung auf oder im Wesentlichen in Richtung auf den Abschnitt 12A des darin befindlichen länglichen Objektes 12 zu leiten. Jeder Ultraschallsensor 31 ist ferner konstruiert/eingerichtet, um rücklaufende Echos der Ultraschallimpulse von dem Abschnitt 12A des länglichen Objektes 12, das sich in dem Innenraum 20 befindet, zu empfangen. Die rückkehrenden Echos vermitteln Informationen, die den Aufbau, die strukturelle Integrität, Fehlstellen und dergleichen des Abschnitts 12A des länglichen Objektes 12, das derzeit einer Überprüfung innerhalb des Innenraums 22 des Gehäuses 16 unterzogen wird, betreffen. Es sollte erkannt werden, dass die Steuerung und Verarbeitung der Impulse und Echos keine speziellen Beschränkungen hinsichtlich der vorliegenden Erfindung darstellen müssen. Es wird erwogen, dass Impulse/Echos vom einzelnen Sensor, Impulse/Echos von mehreren Sensoren, eine spezielle Sequenzfolge, Phaseneinstellung, etc. alle in einer Konfiguration, die die vorliegende Erfindung enthält, verwendet werden können.
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Jedes Sensorarray (z.B. 30D) und die darin befindlichen Ultraschallsensoren 31 sind mit dem Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 beispielsweise mittels elektrischer Verbinder oder dergleichen betriebsmäßig verbunden 36 (1). Der Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 steuert ein Betrieb der Sensorarrays 30A–30D und der Ultraschallsensoren 31 in diesen. Z.B. kann der Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 eine Sensortriggerung (z.B. Impulsfeuerung) in einem speziellen Sequenzmuster oder dergleichen bewirken/steuern. An den Sensorsarrays werden die zurückkehrenden Signale je nach Bedarf z.B. in elektrische Signale umgewandelt und zu dem Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 übermittelt. Der Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 enthält eine Verarbeitungsanordnung, die die Signale in irgendeiner gewünschten Weise verarbeitet, um die darin vermittelten Informationen zu analysieren und auf diese Weise den Aufbau, die strukturelle Integrität, Fehlstellen und dergleichen des länglichen Objektes zu erkennen. Der Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 kann Computer, Software, Hardware, Prozessoren, Speicher und dergleichen enthalten, um diese Aufgabe zu erfüllen. Es sollte erkannt werden, dass die speziellen Einzelheiten in Bezug auf den Sensorarraysteuer- und Analyseabschnitt 34 nicht notwendigerweise Beschränkungen der vorliegenden Erfindung darstellen müssen und folglich hierin nicht im Einzelnen beschrieben sind.
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Es sollte erkannt werden, dass die Ultraschallsensorimpulse und Echos aufgrund der Gegenwart und Verwendung eines flüssigen Koppelfluids, das die Ultraschallsensorarrays 30A–30D mit dem gerade geprüften länglichen Objekt 12 koppelt, mit größerer Effizienz übermittelt werden. In einem speziellen Beispiel ist das Koppelfluid Wasser, obwohl andere geeignete Fluide verwendet werden könnten. Die beispielhafte Prüfanordnung 10 in 1 enthält eine Fluidzufuhrvorrichtung 40 zur Zuführung des Koppelfluids zu dem Innenraum 20. Das veranschaulichte Beispiel für die Fluidzufuhrvorrichtung 40 enthält eine Fluidquelle 42 und mehrere Einlassanschlüsse 46, die das Koppelfluid in den Innenraum 20 leiten.
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Es kann eine beliebige geeignete Anzahl von Einlassanschlüssen 46 vorgesehen sein (siehe 3). Die Einlassanschlüsse 46 können im gleichmäßigen Abstand zueinander rings um den Umfang des Innenraums 20 angeordnet und somit äquidistant beabstandet rings um das längliche Objekt 12, das in dem Innenraum vorhanden ist, angeordnet sein. Außerdem können die Einlassanschlüsse 46 unter Winkeln oder Vektoren ausgerichtet sein, um ein beliebiges gewünschtes Fluidströmungsmuster, wie beispielsweise ein bewegtes oder rotierendes Fluidströmungsmuster, hervorzurufen. Z.B. sind die Einlassanschlüsse 36 der Fluidzufuhrvorrichtung in dem veranschaulichten Beispiel derart unter einem Winkel angeordnet, dass das Fluid in den Innenraum 20 mit einem im Wesentlichen tangentialen Zugang/Fluss in dem Innenraum 20 eingeleitet wird. Eine derartige Einleitung und eine derartige Strömung helfen, das vorhandene Koppelfluid, das das längliche Objekt 12 umgibt, für eine Übertragung der Ultraschallimpulse/-echos durch dieses im Wesentlichen konstant zu halten. Noch weiter können die Einlassanschlüsse 36 in Gruppen oder Reihen angeordnet sein, die an unterschiedlichen Stellen (z.B. axial im Abstand zueinander) angeordnet sind. Es sollte erkannt werden, dass eine derartige Bauart einer Prüfanordnung als eine Rotationswasser- oder „ROWA“-Prüfanordnung bezeichnet werden kann. Natürlich sollte erkannt werden, dass die speziellen Einzelheiten der Fluidzufuhrvorrichtung 4 und der Zuführung des Fluids keine speziellen Beschränkungen für die vorliegende Erfindung darstellen müssen. An sich werden Variationen in Erwägung gezogen.
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Die beispielhafte Prüfanordnung 10 enthält eine Ablasssammelvorrichtung 50 (1) zum Ablassen/Entleeren des Koppelfluids aus dem Innenraum 20 und Auffangen des Koppelfluids. Das Koppelfluid kann wiederverwertet oder entsorgt werden. Eine Wiederverwertung bzw. Rezyklierung kann mittels einer Umwälzpumpe der Ablasssammelvorrichtung 50 erfolgen, die zur Neuverteilung zurück in den Innenraum 20 über die Einlassanschlüsse 46 dient. In dem veranschaulichten Beispiel enthält die Ablasssammelvorrichtung 50 Ablass- bzw. Entleerungskanäle 52, die sich von dem Innenraum 20 aus erstrecken, Auffangwannen 54, in die die Ablasskanäle 52 das Koppelfluid auslassen, und weitere Ablass- bzw. Entleerungskanäle 56, die sich von den Auffangwannen 54 weg erstrecken, damit das Fluid die Auffangwannen verlassen kann. Natürlich sollte erkannt werden, dass die Besonderheiten der Ablasssammelvorrichtung 50 und des Ablassens/Entleerens des Koppelfluids keine speziellen Beschränkungen hinsichtlich der vorliegenden Erfindung darstellen müssen. An sich werden Variationen in Erwägung gezogen.
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Das veranschaulichte Beispiel der Prüfanordnung 10 enthält ferner ein Paar Führungselemente 60 zur Führung des länglichen Objektes 12 durch den Innenraum 20 des Gehäuses 16, so dass während einer Bewegung des länglichen Objektes das Objekt im Wesentlichen auf der Achse 26 zentriert bleibt. Jedes Führungselement 60 enthält eine auf die Achse 26 des Gehäuses 16 zentrierte Öffnung 62, die mit eng passender Querschnittsgestalt der Querschnittsgestalt des länglichen Objektes 12 entspricht. Die Führungselemente 60 gestatten dem länglichen Objekt 12, sich durch die Öffnungen 62 hindurch zu erstrecken und durch den Innenraum 20 des Gehäuses 16 zu bewegen, halten jedoch das Objekt auf die Achse 26 zentriert.
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Zusätzlich enthält das veranschaulichte Beispiel der Prüfanordnung 10 ein Paar Dichtungselemente 70. Die Dichtungselemente 70 sind benachbart zu dem Eintritt 22 und dem Austritt 24 und benachbart zu den Führungselementen 60 angeordnet. Die Dichtungselemente 70 dichten axial das Koppelfluid innerhalb des Innenraums 20 ab, während das längliche Objekt 12 vorhanden ist und geprüft wird. Die Dichtungselemente 70 sind aus einem elastischen Material, wie beispielsweise einem Elastomer, hergestellt. Jedes Dichtungselement 70 enthält eine zu der Achse 26 des Gehäuses 16 zentrische Öffnung 72, die dem länglichen Objekt 12 gestattet, sich durch die Öffnungen hindurch zu erstrecken und somit durch den Innenraum 20 des Gehäuses zu bewegen. Die Öffnung 72 entspricht hinsichtlich ihrer Querschnittsgestalt der Querschnittsgestalt des länglichen Objektes 12. Die Öffnung 72 ist derart bemessen und gestaltet, dass die Eingriffsverbindung zwischen dem Dichtungselement 70 und dem länglichen Objekt 12 eine enge Verbindung/Lagerverbindung (z.B. eine enge Presspassung) ist, um ein Austreten des Koppelfluids entlang des länglichen Objektes 12 an dem Dichtungselement vorbei zu verhindern oder auf ein Minimum zu reduzieren.
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Es sollte erkannt werden, dass die Führungselemente 60 und die Dichtungselemente 70 entfernt und durch andere Dichtungselemente und Führungselemente ersetzt werden können, die Öffnungen aufweisen, die für unterschiedlich große/gestaltete längliche Objekte (z.B. 12) entsprechend bemessene/ gestaltete Querschnitte aufweisen. Insbesondere können längliche Objekte (z.B. 12) mit einer unterschiedlichen Querschnittsfläche (z.B. größeren oder kleineren) innerhalb der Prüfanordnung 10 geprüft werden, indem die Führungselemente 60 und die Dichtungselemente 70, die anders bemessene/konfigurierte Öffnungen aufweisen, eingetauscht werden. Somit können die länglichen Objekte (z.B. 12) mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen/-gestalten durch den Innenraum 20 des Gehäuses 16 hindurch mit der gewünschten Abdichtung des Koppelfluids innerhalb des inneren Gehäuses genau und richtig geführt werden, um die gewünschte Funktion der Ankopplung der Sensorarrays 30A–30D an das längliche Objekt (z.B. 12) zur Übertragung der Ultraschallsensorimpulse/-echos zu erzielen.
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Es sollte erkannt werden, dass häufig Objekte geprüft werden, die eine außen runde Querschnittsfläche aufweisen. Eine weitere Möglichkeit, um ein derartiges Objekt zu beschreiben, ist, dass es eine bogenförmige Außenfläche aufweist. An sich werden die Öffnungen 62 und 72 der Führungselemente 60 bzw. der Dichtungselemente 70 beschaffen sein, um kreisförmige innere Querschnittsformen zu haben. In dem veranschaulichten Beispiel haben jedoch die Öffnungen 62 und 72 der Führungselemente 60 bzw. der Dichtungselemente 70 quadratische Querschnittsformen, um die quadratische Querschnittsgestalt des beispielhaften Objektes 12 (das z.B. ebene Seitenflächen aufweist) aufzunehmen. Wie erwähnt, können derartige Führungselemente 60 und Dichtungselemente 70 mit quadratischer Öffnung durch eine Austauschmaßnahme bereitgestellt werden.
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Es sollte erkannt werden, dass die Prüfanordnung 10 nicht nur die Fähigkeit aufweist, über einen Austausch der Führungselemente 60 und der Dichtungselemente 70 neu konfiguriert zu werden, um ohne Weiteres längliche Objekte mit nicht kreisförmigen Querschnittsflächen aufzunehmen, sondern dass die Prüfanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Erfassungsfähigkeit der Objekte mit nicht kreisförmigen Querschnittsflächen ermöglicht. Insbesondere sind in der veranschaulichten beispielhaften Prüfanordnung 10 die mehreren Ultraschallsensorarrays 30A–30D alleine vorkonfiguriert, um eine optimale sensorische Prüfung der länglichen Objekte, die eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen (z.B. eines massiven Rohrs mit kreisförmigem Querschnitt oder eines Hohlrohrs mit kreisförmigem Querschnitt), zu ermöglichen. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Konfiguration jedes Ultraschallsensorarrays derart, dass das jeweilige Sensorarray eine konvex gekrümmte Stirnfläche aufweist und einen mittleren Scheitelpunkt an ihrem am meisten distal befindlichen Punkt aufweist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können jedoch mehrere Umlenkelemente 100A–100D innerhalb des Innenraums 20 des Gehäuses 16 positioniert und den mehreren Ultraschallsensorarrays 30A–30D zugeordnet sein, um eine verbesserte Prüfung von länglichen Objekten mit nicht kreisförmiger Querschnittsfläche (z.B. dem Objekt 12 mit der quadratischen Querschnittsfläche) zu ermöglichen. Die Ansicht, dass das beispielhafte Objekt 12 einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist am besten aus den 2–4 ersichtlich. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die Querschnittsfläche des Objektes 12 ein Quadrat.
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Die Umlenkelemente 100A–100D (vgl. 2 und 4) sind den Ultraschallsensorarrays 30A–30D zugeordnet und somit um die Achse 26 herum angeordnet. Es sollte erkannt werden, dass eine andere Anzahl (d.h. mehr oder weniger als vier) der Umlenkelemente 100A–100D vorhanden sein kann. Hierin können die Umlenkelemente allgemein/gemeinsam mit lediglich einem einzigen Bezugszeichen (z.B. 100D) bezeichnet werden, wobei verstanden wird, dass die Beschreibung in gleicher Weise für alle/andere Umlenkelemente (z.B. 100A–100D) gilt.
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Die Umlenkelemente 100A–100D sind benachbart zu einem jeweiligen einzelnen der Ultraschallsensorarrays 30A–30D angeordnet und zwischen den Sensorarrays 30A–30D und dem Objekt 12 eingefügt. Die Umlenkelemente 100A–100D sind voneinander beabstandet, um den Abschnitt 20A (vgl. 1) des Innenraums 20 zu umgeben (z.B. zu umschließen), und sie umgeben somit den Abschnitt 12A des länglichen Objektes 12, das sich in dem Innenraum befindet. In dem veranschaulichten Beispiel sind vier Umlenkelemente 100A–100D entsprechend den vier Sensorarrays 30A–30D (vgl. 2 und 4) vorhanden. Die vier Umlenkelemente sind jeweils einzeln mit den Bezugszeichen 100A–100D identifiziert.
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Indem nun das Augenmerk auf die 4 und 5 gelegt wird, sind dort schematische Darstellungen der mehreren Ultraschallsensorarrays 30A–30D und der zugehörigen Umlenkelemente 100A–100D veranschaulicht. Es sei daran erinnert, dass jedes Ultraschallsensorarray (z.B. 30D) konfiguriert ist, um mehrere Ultraschallsensoren zu haben. Jeder Ultraschallsensor ist derart positioniert/konfiguriert, dass sein jeweiliger Ultraschallsensorimpuls 32 entlang einer speziellen Richtung gerichtet ist. Für die veranschaulichten beispielhaften Ultraschallsensorarrays 30A–30D sind die Richtungen der mehreren Ultraschallsensorimpulse 32 insofern nicht identisch, als sich die Impulse 32 entlang Richtungen ausbreiten, die divergent sind oder sich aufspreizen, während die Impulse weiter weg von dem jeweiligen Ultraschallsensorarray 30A–30D fortschreiten. Eine derartige Konfiguration ist zur Prüfung länglicher Objekte mit kreisförmigem Querschnitt sehr effektiv. Jedoch weist eine derartige Ultraschallsensorarraykonfiguration alleine eine geringere Effektivität, was die Prüfung von länglichen Objekten mit nicht kreisförmiger Querschnittsfläche (z.B. des einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Objektes 12) anbetrifft. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung lenkt jedes Umlenkelement (100D) wenigstens einen Teil der Ultraschallsensorimpulse 32, die sich von dem jeweiligen Sensorarray 30A–30D aus ausbreiten, so um, dass eine Prüfung von Objekten, die nicht kreisförmige Querschnittsflächen (z.B. einen quadratischen Querschnitt in dem vorliegenden Beispiel) aufweisen, besser bewerkstelligt werden kann.
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Die Ultraschallimpulse 32 schreiten durch die Umlenkelemente 100A–100D voran oder durchlaufen diese, und die Umlenkelemente 100A–100D erfüllen eine Umlenkfunktion. Die Umlenkelemente 100A–100D können die Umlenkfunktion basierend auf einer Oberflächenkontur (z.B. einer konkaven Stirnfläche) und/oder einer Materialeigenschaft (z.B. durch Brechung) erzielen. In einigen allgemeinen Beispielen kann das Material der Umlenkelemente 100A–100D Kunststoff oder Glas sein. In einem speziellen Beispiel ist das Material der Umlenkelemente 100A–100D das kommerziell erhältliche LUCITE®. Für das Beispiel, in dem das Material LUCITE ist, breiten sich die Ultraschallsensorimpulse gemäß einem Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 2,740 Metern pro Sekunde durch das LUCITE aus, im Vergleich zu einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von 1,480 Metern pro Sekunde der gleichen Impulse, die Wasser als das Koppelfluid durchlaufen. In dem veranschaulichten Beispiel ist jedes Umlenkelement (z.B. 100D) ein bi-konkaves Element, insofern als sowohl seine vordere Fläche 102 als auch seine hintere Fläche 104 konkav sind. Die vordere Fläche 102 ist eine erste konkave Stirnfläche, und die hintere Fläche 104 ist eine zweite konkave Stirnfläche. Die hintere (zweite) Fläche 104 zeigt zu einer jeweiligen ebenen Seitenfläche des einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Objektes hin oder ist dieser zugewandt.
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Indem die Umlenkung wenigstens einiger der Ultraschallsensorimpulse betrachtet wird, wird das Augenmerk auf 5 gelegt, in der ein einzelner Impuls allgemein mit 32A bezeichnet ist, um einen Impuls darzustellen, der sich von einem Sensor 31A aus ausbreitet, der an einer ersten Seite eines mittleren Scheitelpunktes des Sensorarrays 30D angeordnet ist, während ein weiterer Impuls allgemein mit 32N bezeichnet ist, um einen Impuls darzustellen, der sich von einem Sensor 31N aus ausbreitet, der an einem Scheitelpunkt des Sensorarrays 30A–30D angeordnet ist, und ein noch weiterer Impuls allgemein mit 32Z bezeichnet ist, um einen Impuls darzustellen, der sich von einem Sensor 31Z aus ausbreitet, der an einer zweiten Seite des Scheitelpunkts des Sensors angeordnet ist. Es sollte erkannt werden, dass die alphabetischen Zusätze nicht dazu bestimmt sind, die Anzahl von impulserzeugenden Sensoren, die innerhalb eines Arrays vorhanden sind, zu suggerieren. Außerdem sollte erkannt werden, dass andere, nicht veranschaulichte Impulse vorhanden sein können, die sich dann von anderen, unterschiedlichen Sensoren des Sensorarrays aus ausbreiten.
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Es sollte beachtet werden, dass in 5 der Ultraschallsensorimpuls 32N, der von dem Scheitelpunkt des Ultraschallsensorarrays ausgeht, sich im Wesentlichen direkt durch das Umlenkelement (z.B. 100D) mit nur geringer oder keiner wesentlicher Änderung der Richtung des Ultraschallsensorimpulses ausbreitet. Bei den Ultraschallsensorimpulsen (z.B. 32A oder 32Z), die von den jeweiligen Ultraschallsensoren ausgehen, die weiter weg von diesem Scheitelpunkt des Ultraschallsensorarrays beabstandet sind, erfahren die Ultraschallsensorimpulse jedoch aufgrund des Umlenkelementes (z.B. 100D) Veränderungen oder Umlenkungen ihres Pfads oder Verlaufs. Es sollte erkannt werden, dass für das vorliegende Beispiel Impulse, die einen größeren Versatz zu dem Scheitelpunkt aufweisen, ein größeres Maß an Veränderung oder Umlenkung ihres Pfads oder Verlaufs erfahren. Um zu helfen, sich eine derartige Umlenkung vorzustellen, sind an der hinteren Fläche 104 senkrechte (d.h. lotrechte) Linien 106A–106Z angezeigt.
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Indem der Blick auf die nun umgelenkten Ultraschallsensorimpulse 32 des dargestellten Beispiels gerichtet wird, sollte erkannt werden, dass, wenn die mehreren Ultraschallsensorimpulse sich von dem Umlenkelement (z.B. 100D) aus weiter und in das Koppelfluid (z.B. Wasser) hinein ausbreiten, die Ultraschallsensorimpulse 32 nun alle im Wesentlichen parallele Verlaufsrichtungen aufweisen. Als ein Deskriptor könnte es als analog zu einer Kollimation von Licht angesehen werden. Somit können die Ultraschallsensorimpulse 32 als auf parallelen Verlaufsrichtungen angesehen werden.
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Mit einem derartigen parallelen Verlauf treffen die Ultraschallsensorimpulse 32 alle allgemein auf eine Oberfläche des einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisenden länglichen Objektes in einer senkrechten oder lotrechten Weise auf die ebene Seitenfläche des einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Objektes 12 auf. Die Rücklaufechos sind somit besser in der Lage, zu dem Sensorarray (z.B. 30D) zurück zu laufen, um sensorische Informationen zu übermitteln.
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Natürlich breiten sich Echos, die von dem Objekt zurücklaufen, ebenfalls durch das Umlenkelement (z.B. 100D hindurch) aus. Während eines derartigen Rücklaufwegs können die Echos ebenfalls umgelenkt werden. Die Umlenkung kann als so etwas wie eine Umkehrung von dem angesehen werden, was den Impulsen passierte, die anfangs das Umlenkelement durchliefen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein zugehöriges Verfahren zur Schaffung der Prüfanordnung 10 zur Prüfung des länglichen Objektes 12 bereit. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen des Gehäuses 16 mit dem Innenraum 20, in dem eine Prüfung erfolgen soll. Das Gehäuse 16 weist den Eintritt 22 und den Austritt 24 auf, die auf der Achse 26 für eine jeweilige Bewegung des Objektes 12 relativ zu dem Innenraum 20 in einer Linie ausgerichtet sind. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen der mehreren Ultraschallsensorarrays 30A–30D, die um die Achse 26 herum angeordnet sind, um Ultraschallsensorimpulse 32 ins Innere des Gehäuses 16 zu richten. Jedes Sensorarray (z.B. 30D) weist die mehreren Ultraschallsensoren 31A–31Z auf, wobei jeder Ultraschallsensor positioniert ist, um den jeweiligen Ultraschallsensorimpuls 32 in eine jeweilige Richtung innerhalb des Innenraums 20 zu leiten. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen der Fluidzufuhrvorrichtung 40 zur Zuführung des Koppelfluids in den Innenraum. Das Koppelfluid erfasst das längliche Objekt 12 und überträgt die Ultraschallsensorimpulse 32 zu dem länglichen Objekt. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen der mehreren Umlenkelemente 100A–100D, die den mehreren Ultraschallsensorarrays 30A–30D zugeordnet sind. Jedes Umlenkelement (z.B. 100D) ist derart positioniert, dass Ultraschallsensorimpulse 32 von dem jeweiligen Ultraschallsensorarray (z.B. 30D) sich durch das jeweilige Umlenkelement ausbreiten. Jedes Umlenkelement (z.B. 100D) lenkt wenigstens einige der Ultraschallsensorimpulse 32 um, damit sie sich entlang einer anderen Richtung ausbreiten.
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Mehrere Teilaspekte eines derartigen Verfahrens werden ebenfalls bereitgestellt, so dass z.B. der Schritt des Bereitstellens der mehreren Umlenkelemente ein Bereitstellen jedes Umlenkelementes in einer Konfiguration enthält, um die Ultraschallimpulse, die dieses durchlaufen, derart umzulenken, dass sie aus dem Umlenkelement heraustreten und sich entlang paralleler Richtungen ausbreiten. Als ein weiteres Beispiel enthält der Schritt des Bereitstellens mehreren Ultraschallsensorarrays ein derartiges Bereitstellen jedes Sensorarrays, das die mehreren Ultraschallsensoren positioniert sind, um die jeweiligen Ultraschallsensorimpulse in jeweilige Richtungen zur Prüfung eines länglichen Objektes mit einer bogenförmigen Außenfläche zu leiten, und der Schritt des Bereitstellens der mehreren Umlenkelemente enthält ein Bereitstellen jedes Umlenkelementes, so dass dieses konfiguriert ist, um die Ultraschallimpulse, die dieses durchlaufen, zur Prüfung eines länglichen Objektes mit einer ebenen Oberfläche umzuleiten. Als ein weiteres Beispiel enthält der Schritt des Bereitstellens mehrerer Ultraschallsensorarrays ein Bereitstellen jedes Sensorarrays, das eine konvexe Fläche aufweist, und der Schritt des Bereitstellens der mehreren Umlenkelemente enthält ein Bereitstellen jedes Umlenkelementes, das konfiguriert ist, um eine konkave Fläche zu haben, die mit der konvexen Fläche eines jeweiligen Sensorarrays zusammenpasst. Als ein noch weiteres Beispiel enthält der Schritt des Bereitstellens der mehreren Umlenkelemente ein Bereitstellen jedes Umlenkelementes, das derart konfiguriert ist, dass die konkave Fläche eine erste konkave Fläche ist, und wobei jedes Umlenkelement eine zweite konkave Fläche aufweist.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden. Es werden anderen Modifikationen und Veränderungen beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung einfallen. Beispielhafte Ausführungsformen, die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung umfassen, sollen all derartige Modifikationen und Veränderungen umfassen, sofern sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
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Es sind eine Prüfanordnung und ein zugehöriges Verfahren zur Prüfung eines länglichen Objektes offenbart. Die Anordnung enthält ein Gehäuse, das einen Innenraum bereitstellt. Das Gehäuse weist einen Eintritt und einen Austritt auf, die fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Die Anordnung enthält mehrere Ultraschallsensorarrays, die angeordnet sind, um Ultraschallsensorimpulse einzuleiten. Jedes Sensorarray weist mehrere Ultraschallsensoren auf, wobei jeder Ultraschallsensor positioniert ist, um einen jeweiligen Ultraschallsensorimpuls in eine jeweilige Richtung zu richten. Die Anordnung enthält eine Fluidzufuhrvorrichtung, die ein Koppelfluid in den Innenraum zuführt. Das Koppelfluid überträgt die Ultraschallsensorimpulse auf das längliche Objekt. Die Anordnung enthält mehrere Umlenkelemente, die den mehreren Ultraschallsensorarrays zugeordnet sind. Jedes Umlenkelement ist derart positioniert, das Ultraschallsensorimpulse von dem jeweiligen Ultraschallsensorarray das jeweilige Umlenkelement durchlaufen und in eine andere Richtung umgelenkt werden.
