DE10334902B3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen durch Reflexion von Ultraschallwellen erzeugt werden - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen durch Reflexion von Ultraschallwellen erzeugt werden Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen (12, 24) wie Rohren oder Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen (20, AF) der Struktur des Gegenstandes (12, 24) erzeugt werden. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Aussenden einer kompletten Wellenfront auf zumindest einen zu prüfenden Abschnitt des Gegenstandes (12, 24) mittels einer Vielzahl unabhängiger Sendeelemente (EL1-ELN), DOLLAR A - Empfangen einer von der Struktur des Gegenstandes reflektierten Welle mittels einer Vielzahl voneinander unabhängiger Empfangselemente (EL1-ELN), DOLLAR A - Digitalisieren der von den Empfangselementen (EL1-ELN) empfangenen Signale, DOLLAR A - Speichern der digitalisierten Signale nach Amplitude und Laufzeit in einem Speicherelement SP. DOLLAR A Um zu erreichen, dass Fehlstellen der Struktur eines Gegenstandes bei hoher Geschwindigkeit und einem verbesserten Signal-/Rauschverhältnis erfasst werden können und dass sowohl das Verfahren als auch die Schaltungsanordnung gegen mögliche Dejustagen des Prüfkopfes unempfindlich ist, ist vorgesehen, dass die Fehlstellen (20) durch eine phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit erkannt werden. In der Schaltungsanordnung ist dazu ein Summierglied SUM vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung mit Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 7.
  • Ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen, die reflektierten Wellen entsprechen, die von einer Struktur übertragen oder gebrochen wurden, um eine Erkundung und Analyse der Struktur dieses Materials vornehmen zu können, ist in der EP 0 825 453 B1 beschrieben. Bei dem beschriebenen Verfahren wird ausgenutzt, dass jeder Punkt eines zu überprüfenden Gegenstandes zu einer reflektierten Welle führt, die sodann an Positionen der Speicher gespeichert wird, die in Form von Parabelbögen verteilt sind, deren Charakteristiken von der Entfernung des Punktes zur Sonde und vom Strahlungsdiagramm jedes Elementes abhängen. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Prüfkopf verwendet, der linear ausgebildet ist und sich aus einer Mehrzahl von Sende-Empfangselementen mit geringen Abmessungen zusammensetzt. Der gleiche Prüfkopf wird dabei zum Senden und Empfangen verwendet. Zunächst wird eine Wellenfront in den zu prüfenden Gegenstand abgesendet und diejenigen Wellen empfangen, die von der Struktur reflektiert werden.
  • Anschließend erfolgt eine Digitalisierung und Speicherung der Information, die von den Sensorelementen abgegeben werden, und zwar in einem Speicherelement, welches für jedes Sensorelement eine Zeile aufweist.
  • Anschließend erfolgt eine Rekonstruktion und/oder Analyse der Struktur des Gegenstandes anhand der Informationen, die in den Speicherelementen abgelegt wurden. Dabei wird für jeden Punkt des Gegenstandes die Position des Speicherelementes berechnet, die die Signale enthalten, die von den Sensorelementen geortet worden sind und den Wellen entsprechen, die von diesen diesen Punkt reflektiert oder übertragen worden sind. Diese Position wird mit Hilfe eines Adressierungsgesetzes berechnet, dessen Parameter von der Position dieses Punktes im Verhältnis zu den Sensorelementen abhängen. Ferner werden für jeden Punkt die Zeilen des Feldspeichers an den jeweiligen Positionen gelesen, die zuvor für diesen Punkt berechnet worden sind, wobei auf die für diesen Punkt gelesenen Werte eine mathematische Operation angewendet wird, um ein Ergebnis zu erhalten, das für den Umfang der Welle repräsentativ ist. Für die Berechnung werden alle Zellen des Speicherfeldes parallel für diesen Punkt an den Positionen gelesen, die für diesen Punkt in den jeweiligen zugeordneten Adressierungsspeichern angegeben sind.
  • Da die Berechnung jedes Lesegesetzes zum Auslesen des Speichers zu lange dauern würde, um dies in Echtzeit auszuführen, erfolgt diese Berechnung im Voraus und die Ergebnisse werden in spezifischen "Adressenspeichern" gespeichert, die jeder Zeile des „Feldspeichers" zugeordnet sind.
  • Daraus folgt, dass das beschriebene Verfahren nur zur Erkennung bestimmter, d. h. vorher definierter Strukturen geeignet ist. Der Inhalt des Feldspeichers wird nach Ausführung der mathematischen Operation in einen Bildspeicher hinterlegt, wobei Orts- und Laufzeitinformationen berücksichtigt werden. Bei dem Verfahren werden berechnete B-Bilder ausgewertet, wie dies beispielsweise in der medizinischen Diagnostik üblich ist. Für die automatische Werkstoffprüfung sollten B-Bilder jedoch nicht herangezogen werden, da für die Auswertung lange Auswertezeiten benötigt werden.
  • Des Weiteren ist zu bemerken, dass bei senkrechter Einschallung Einschränkungen in der Fehlerdetektion gegeben sind, da nur eine Fehlerlage erkennbar ist. Ferner treten Unsicherheiten in der Fehlerauswertung auf, da feste geometrische Beziehungen zwischen dem Prüfkopf und dem Prüfling vorausgesetzt werden, da Ortsinformationen bei der Fehlerbestimmung notwendig sind. Daher ist das bekannte Verfahren gegen übliche Dejustagen des Prüfkopfes sehr empfindlich.
  • Aus der WO 2000/68931 A1, der WO 92/00584 A1 sowie der Veröffentlichung A.W. Elbern et. al.: "Synthetic Aperture Focusing Technique for Image Restauration", NDT.ne-Aug. 2000, Vol. 5, No. 8 sind ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen eine Summation abgespeicherter Bildinhalte erfolgt.
    •
  • Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der bekannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Fehlstellen der Struktur eines Gegenstandes bei hoher Geschwindigkeit und einem verbesserten Signal-/Rauschverhältnis erfasst werden können. Ferner soll das Verfahren gegen mögliche Dejustagen des Prüfkopfes unempfindlich sein.
  • Das Verfahren wird erfindungsgemäß u. a. durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dabei ist vorgesehen, dass eine Fehlstelle durch ein phasenstarres Addieren der zu gleichen Laufzeiten empfangenen gespeicherten Amplitudenwerte ermittelt wird. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei Bestrahlung eines Gegenstandes mittels eines als Phased Array Transducer ausgebildeten Prüfkopfes, d. h. bei Absendung einer kompletten Wellenfront, Echos in jedem der gleichzeitig auf Empfang geschalteten Empfangselemente des Prüfkopfes empfangen werden, wobei die Amplitudenwerte der empfangenen Echos zu denselben Laufzeiten empfangen werden. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Amplitudenwerte der empfangenen Signale mit gleicher Laufzeit zu addieren, mit dem Vorteil, dass die die Fehlstelle in der Struktur kennzeichnenden Amplitudenmaxima verstärkt und sich die weiteren durch die einzelnen Empfangselemente empfangenen Signale gegenseitig nahezu aufheben.
  • Dadurch zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren einerseits durch eine sehr hohe Geschwindigkeit der Fehlererkennung aus, da aufgrund der Aussendung einer kompletten Wellenfront die aus dem Stand der Technik übliche sequenzielle Methode vermieden wird und andererseits ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Signalrauschverhältnis erreicht wird. Das Verfahren ist auch robust gegen beispielsweise eine Dejustage des Prüfkopfes, da Ortsinformationen nicht in das Verfahren einfließen.
  • Zur Erkennung von auf einer äußeren Oberfläche des Gegenstandes liegenden Fehlstellen (Außenfehler), insbesondere bei der zerstörungsfreien Prüfung von Rohren mittels Ultraschall, erfolgt eine Auswertung von von Reflexionen an Außenfehlern des Gegenstandes ausgehenden Punktwellensignalen und deren Interferenzmustern. Im Anschluss an die phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit erfolgt eine Addition der in dem Speicher hinterlegten Amplitudenwerte entlang einer Richtung, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte der Punktwellen der Außenfehler AF verläuft.
  • Durch die phasenstarre Addition der Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit können Fehlstellen allgemein erkannt werden, wobei jedoch eine Aussage darüber, ob es sich um einen Außenfehler oder einen Innenfehler handelt, aus dem Summensignal nicht ableitbar sind. Wie zuvor erläutert, können Außenfehler dadurch erkannt werden, indem eine Addition von Amplitudenwerten senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Interferenzmustern der von dem Außenfehler ausgehenden Punktwellen erfolgt. Durch eine Koinzidenzschaltung erfolgt schließlich ein Vergleich des bei der phasenstarren Addition der gespeicherten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit ermittelten Signals mit dem bei der Addition der Amplitudenwerte der Interferenzmuster ermittelten Signal, wobei ein Außenfehler vorliegt, wenn beide Signale eine Fehlstelle anzeigen.
  • Zur Einstellung eines an die Messbedingungen, wie beispielsweise Fehlerart (Längsfehler, Schrägfehler), Materialbeschaffenheit sowie der Form des zu prüfenden Gegenstandes angepassten Einstrahlwinkels α können die einzelnen Sendeelemente des Phased Array Transducers zeitverzögert angesteuert werden (Phasing). Bei der Prüfung beispielsweise eines Rohres kann eine Einschallung in Abhängigkeit einer Fehlerlage (Schrägfehler, Längsfehler) wahlweise in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung erfolgen.
  • Des Weiteren ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Fehlerortes eine laufzeitabhängige Amplitudenkorrektur des bei der Addition ermittelten Summensignals durchgeführt wird, wobei das empfangene Summensignal mit einem Referenzwert verglichen wird.
  • Zur weiteren Datenreduktion ist vorgesehen, dass die empfangenen Signale unmittelbar nach der Digitalisierung gefiltert werden vorzugsweise mittels eines Wavelet-Filters.
  • Das Problem wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 9 gelöst, wobei ein Summierer zur phasenstarren Addition der in dem Speicherbaustein hinterlegten Amplitudenwerte vorgesehen ist.
    •
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer von einem Prüfkopf (Phased Array Transducer) ausgehenden Wellenfront durch ein Medium wie Wasser auf einen zu prüfenden Gegenstand wie Stahlplatte,
  • 2 eine Darstellung von Amplitudenwerten der von den einzelnen Empfangselementen EL1–ELN eines Prüfkopfes empfangener Amplituden mit unterschiedlichen Laufzeiten (typischer B-Scan),
  • 3 eine Darstellung ausgewählter Strahlenwege der Ultraschallwellenfront gemäß 1,
  • 4 eine Darstellung des Amplitudenverlaus über die Laufzeit eines einzelnen Empfangselementes ELX gemäß 2.
  • 5 eine Darstellung des Amplitudenverlaufs der Summen laufzeitgleicher Amplitudenwerte verschiedener Empfangselemente zur Auswertung einer Fehlerstelle.
  • 6 einen prinzipiellen Messaufbau zur zerstörungsfreien Prüfung eines Rohres.
  • 7 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der empfangenen Signale.
  • 8 eine Prinzipdarstellung der Strahlenwege einer an der äußeren Oberfläche liegenden Fehlstelle und
  • 9 eine Prinzipdarstellung der Strahlenwege einer an der inneren Oberfläche liegenden Fehlstelle.
  • 1 zeigt rein schematisch eine Anordnung 10 zur zerstörungsfreien Prüfung eines Gegenstandes 12, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stahlplatte dargestellt ist, mittels einer von einem Prüfkopf 14 ausgehenden Ultraschall-Wellenfront 16, welche durch ein flüssiges Medium 18 wie Wasser in den Gegenstand 12 eingekoppelt wird. Durch die Prüfung sollen Fehlstellen 20 in der Struktur des Gegenstandes 12 erfasst werden.
  • Der Prüfkopf 14 umfasst eine Vielzahl von Sende-/Empfangselementen EL1 bis ELN, die jeweils vorzugsweise gleichzeitig oder phasenversetzt als Sendeelemente und vorzugsweise gleichzeitig als Empfangselemente geschaltet werden.
  • 2 zeigt anhand eines Graustufenbildes einen üblichen B-Scan einer äußeren Fehlstelle eines ebenen Gegenstandes, welcher mit einem Phased Array Transducer unter einem Einstrahlwinkel von α = 18° aufgenommen wurde. Die auf den Gegenstand 12 abgesendete Wellenfront wurde durch gleichzeitiges Einschalten sämtlicher Sendeelemente erzeugt.
  • Die einzelnen Empfangselemente EL1–ELN sind über die horizontale Achse aufgetragen, wobei die von den einzelnen Empfangselementen empfangenen Signale entsprechend ihrer Laufzeit, die über eine vertikale Achse aufgetragen ist, in vertikaler Richtung nacheinander dargestellt sind.
  • Die Intensität der dargestellten Signale wird über ihre Helligkeit definiert. Aus dem B-Scan gemäß 2 ist zu erkennen, dass unterschiedliche Strukturen des Gegenstandes unterschiedliche Signalmuster erzeugen. So erzeugt die Oberfläche des Gegenstandes 12 Oberflächenechos OE, welche in 2 als schräg verlaufende durchgehende Linie dargestellt sind. Die den einzelnen Empfangselementen EL1–ELN zugeordneten Fehlerechos FE1–FE12, sind als horizontale Linien dargestellt. So werden beispielsweise von einem Empfangselement ELX die Fehlerechos FE1 bis FE4, und von weiter Empfangselementen ELX1, ELX2 die Fehlerechos FE5 bis FE8 bzw. die Fehlerechos FE9 bis FE12 dargestellt. Im oberen linken Bereich des B-Scans sind Interferenzechos IE erkennbar, die aufgrund von Interferenzen zwischen Wellenfronten der einzelnen Sendeelemente des Phase Array Transducers entstehen.
  • Der in 2 dargestellte B-Scan zeigt weiter, dass Fehlerechos mehrerer Empfangselemente, wie beispielsweise die Fehlerechos FE2, FE5 und FE3, FE6, FE9 sowie FE4, FE7 und FE10, zu jeweils gleichen Laufzeiten empfangen werden. Die gleichen Laufzeiten beispielsweise der Fehlerechos FE2 und FE5 sowie Fehlerechos FE3 und FE6 sollen anhand der 3 erläutert werden.
  • In 3 ist der Aufbau gemäß 1 dargestellt, wobei Signalwege a bis i rein schematisch dargestellt sind. Die Dicke des Stahlbleches ist mit s bezeichnet und der Strahlengang innerhalb des Gegenstandes 12 mit t.
  • Es zeigt sich, dass sich die Laufzeit des Fehlerechos FE2 aus den Abschnitten d + 2t + e und die Laufzeit des Fehlerechos FE5 aus den Abschnitten bzw. Laufzeiten e + 2t + d jeweils zu einer identischen Laufzeit zusammensetzten. Ebenfalls sind die Laufzeiten des Fehlerechos FE3 und des Fehlerechos FE6 identisch. mit der Anmerkung, dass diese in unterschiedlichen Empfangselementen empfangen werden.
  • Die von einem Empfangselement ELX empfangenen Signale können ebenfalls in ihrer Amplitude über die Zeit dargestellt werden. Eine entsprechende Darstellung (A-Scan) ist in 4 gezeigt. Hierbei sind die einzelnen Echos OE, FE1 bis FE4 als Amplitudenausschläge zu unterschiedlichen Laufzeiten dargestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Amplitudenwerte der zu gleichen laulzeiten empfangenen Signale beispielsweise FE2 und FE5, FE3, FE6, FE9, bzw. FE4, FE7 und FE10 entlang ihrer Laufzeit addiert, wobei das in 5 über die Zeit dargestellte Signal erhalten wird, welches eine Information über die Fehlstelle 20 in dem Gegenstand 12 sehr deutlich durch Amplitudenerhöhung im Bereich einer Größenordnung kennzeichnet.
  • Da die von verschiedenen Elementen ELX, ELX1 bzw. ELX2 empfangenen Fehlerechos die gleiche Laufzeit aufweisen, addieren sich die Amplitudenwerte, so dass das Summensignal steigt. Da die in den A-Scans gemäß 4 enthaltenen Rauschsignale sich gegenseitig stochastisch auslöschen, wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert.
  • 6 zeigt einen Messaufbau 22 zur zerstörungsfreien Prüfung einer Rohrwandung 24 mittels entlang des Umfangs des Rohres angeordneter Prüfköpfe 26, 28, die eine entsprechend die eine an die Oberfläche des Rohres 24 angepasste, gekrümmte Oberfläche 30, 32, aufweisen, denen die Sende-/Empfangselemente EL1 bis ELN, wobei N beispielsweise 128 beträgt, jedes Element Sende-/Empfangselement EL1–ELN kann sowohl als Sender als auch als Empfänger geschaltet werden. Die räumliche Ausdehnung eines Elementes wird an die verwendete Ultraschall-Frenuenz f angepasst, welche im Bereich zwischen 0,2 MHz ≤ f ≤ 20 MHz, vorzugsweise f = 6 MHz liegt.
  • Die Prüfköpfe 26, 28, die auch als Phased Array Transducer bezeichnet werden, sind über Datenleitungen 34, 36 jeweils mit einer ersten Signalverarbeitungseinheit 38, 40 verbunden, welche die Sende-/Empfangselemente EL der Prüfköpfe 26, 28 ansteuert und die empfangenen Signale verstärkt und digitalisiert. Die Signalverarbeitungseinheiten 38, 40 sind jeweils über eine Datenverbindung 42, 44, die beispielsweise als FSL (Fast Serial Link) ausgebildet ist, mit jeweils einer Signalauswertungseinheit 46, 48, verbunden. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung eine Schnittstelle 50 zur Verbundung mit einem externen Personal Computer 52 sowie eine Mikroprozessoreinheit 54 zur Verarbeitung und Auswertung (Sortieren, Markieren) der Informationen der Einheiten 46 und 48.
  • 7 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der Komponenten der Schaltungsanordnung 22 gemäß 6. Die Signalverarbeitungseinheit 38 umfaßt eine Pulseinheit PE zur Ansteuerung der Sende-/Empfangselemente EL1–EL128, die im vorliegenden Beispiel 128 Ele mente umfassen. Dabei werden die Sendeelemente nach festem Zeitmuster (Phasing) angesteuert. Anschließend werden die Empfangselemente auf gleichzeitigen Empfang geschaltet und über einen Multiplexer MUX werden sodann die empfangenen Analogsignale entsprechenden A/D-Wandlern AD, im vorliegenden Beispiel jeweils auf 32 A/D-Wandler geleitet. Durch die A/D-Wandler AD werden die empfangenen Analogsignale digitalisiert und in einem Speicherelement SP als sogenanntes A-Bild bzw. A-Scan hinterlegt. Die in dem Speicherelement SP hinterlegten beispielsweise 32 A-Scans gemäß 4 werden sodann in einem Summierelement SUM erfindungsgemäß durch phasenstarre Addition der Amplitudenwerte zu dem in 5 dargestellten A-Scan entlang ihrer Laufzeit aufaddiert, wobei sich der Vorteil ergibt, dass sich die Amplitudenmaxima addieren, wodurch die Fehlstelle deutlich hervorgehoben wird und Rauschsignale gegenseitig aufgehoben werden.
  • Am Ausgang des Summierelementes SUM steht somit das in 5 dargestellte Signal als A-Scan zur Verfügung, das über ein Interface I der weiteren Signalauswertungseinrichtung 46 zugeführt wird, die ebenfalls ein Interface I aufweist. In der Signalauswertungseinrichtung 46 wird der B-Scan sodann ein oder mehreren Auswertebausteinen F1, F2 zur weiteren Signalverarbeitung zugeführt. Die Steuerung der einzelnen Komponenten der Schaltungseinheiten 38, 46 erfolgt über einen digitalen Signalprozessor DSP, welcher über einen Buskoppler BK und die Schnittstelle 50 mit dem Personal Computer 52 sowie mit der Mikroprozessoreinheit 54 verbunden ist. Die Ergebnisse der Signalverarbeitung werden auf einem Bildschirm dargestellt.
  • Um eine Datenreduktion vor Abspeicherung der an den A/D-Wandlern AD1–AD32 anliegenden Signale zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass diese vor Speicherung gefiltert, vorzugsweise Wavelet-gefiltert werden.
  • Das bisher beschriebene Verfahren dient allgemein zur schnellen und effektiven Erkennung von Fehlstellen in einem Gegenstand. Da bei der Summation der Amplitudenwerte entlang gleicher Laufzeiten die Ortsinformation der Fehlerstelle verloren geht, sind weitere Maßnahmen erforderlich, um eine Erkennung eines Außenfehlers zu ermöglichen. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die von einem Außenfehler des Gegenstandes bei der Beschallung mit einer Ultraschallwelle reflektierten Punktwellensignale ausgewertet werden.
  • 8 zeigt rein schematisch die Strahlenwege bei einer Beschallung des Rohres 24, welches eine Fehlstelle AF in einer äußeren Oberfläche 56 aufweist. 9 zeigt die Strahlenwege bei Beschallung des Rohres 24, welches eine Fehlstelle IF an einer inneren Oberfläche 58 aufweist. Die von dem Außenfehler AF in 8 ausgehenden Punktwellensignale sind ebenfalls in dem in 2 dargestellten B-Scan erkennbar, nämlich als Fehlerechos FE1 bis FE4 und deren Interferenzmuster. Zur Erkennung eines Außenfehlers kann eine "schräge" Addition, d. h. nicht entlang einer bestimmten Laufzeit, sondern senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte, so dass sich in dieser Richtung ein Amplitudenmaxima ergibt, das einen Hinweis auf einen Außenfehler AF enthält.
  • Um eine Aussage darüber zu treffen, ob ein Innen- oder Außenfehler vorliegt, erfolgt durch ein Koinzidenzverfahren beispielsweise in einem der Auswertebausteine F1, F2 eine Auswertung des Summensignals über die Amplitudenwerte gleicher Laufzeiten mit dem Summensignal der Amplitudenwerte in Richtung senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern der von den Punktwellensignalen empfangenen Amplitudenwerte, wobei dann ein Außenfehler vorliegt, wenn beide Signale eine Fehlerstelle zeigen. Sollte jedoch bei der phasenstarren Addition der Amplitudenwerte entlang einer Laufzeit eine Fehlerstelle erkannt werden, ohne dass jedoch eine Fehlerstelle bei der Addition der Amplitudenwerte senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern ermittelt wird, so liegt ein Innenfehler vor.
  • Als besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zu erwähnen, dass die zur Auswertung der Fehlstellen erhaltenen Signale ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen und daher besser automatisch ausgewertet werden können. Durch die flächige Beschallung des zu prüfenden Gegenstandes aufgrund der Verwendung eines Prüfkopfes mit Phased Array-Technik, d. h. durch gleichzeitiges Aussenden einer Wellenfront und gleichzeitiges Einlesen der Signale wird ein erheblicher Zeitvorteil im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit sequenzieller Technik erreicht.
  • Auch erfolgt durch die phasenstarre Addition eine Datenreduktion, so dass die anschließende Signalverarbeitung ebenfalls beschleunigt und vereinfacht wird.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen (12, 24) wie Rohren oder Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen (20, AF)) der Struktur des Gegenstandes (12, 24) erzeugt werden, umfassend die Verfahrensschritte: – Aussenden einer kompletten Wellenfront auf zumindest einen zu prüfenden Abschnitt des Gegenstandes (12, 24) mittels einer Vielzahl unabhängiger Sendeelemente (EL1–ELN), – Empfangen einer von der Struktur des Gegenstandes reflektierten Welle mittels einer Vielzahl voneinander unabhängiger Empfangselemente (EL1–ELN), – Digitalisieren der von den Empfangselementen (EL1–ELN) empfangenen Signale, – Speichern der digitalisierten Signale nach Amplitude und Laufzeit in einem Speicherelement SP, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlstellen (20) durch eine phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit erkannt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer auf einer äußeren Oberfläche (54) des Gegenstandes (12, 24) liegenden Fehlstelle (Außenfehler) (20, AF) im Anschluss an die phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerde mit gleicher Laufzeit eine Addition derjenigen in dem Speicherbaustein (SP) hinterlegten Amplitudenwerte erfolgt, welche von von der außenliegenden Fehlstelle (AF) ausgehenden Punktwellensignalen und deren Interferenzmustern abgeleitet werden und in den empfangenen Interferenzmustern auf einer Linie liegen, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte der Punktwellen der Außenfehler (AF) verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenfehler (AF) durch Vergleich des bei der phasenstarren Addition der gespeicherten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit ermittelten Summensignals mit dem bei der Addition der Amplitudenwerte der Interferenzmuster ermittelten Summensignal erfolgt, wobei ein Außenfehler (AF) vorliegt, wenn beide Summensignale eine Fehlstelle anzeigen (Koinzidenzverfahren).
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Sendeelemente (EL1–ELN) zur Einstellung eines an die Messbedingungen wie Fehlerart, Fehlergröße, Materialart, Materialform angepassten Einstrahlwinkels α zeitverzögert angesteuert werden (phasing).
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Fehlerortes eine laufzeitabhängige Amplitudenkorrektur des bei der Addition ermittelten Summensignals durchgeführt wird.
  6. Verfahren zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Signale nach ihrer Digitalisierung zur Datenreduktion gefiltert, vorzugsweise wavelet-gefiltert werden.
  7. Schaltungsanordnung (22) zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen wie Rohren, Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen der Struktur des Gegenstandes erzeugt werden, umfassend eine Signalerfassungseinheit (38) mit einem Pulserzeuger PE zum Ansteuern von Sende-/Empfangselementen EL1–ELN zur Aussendung einer kompletten Wellenfront und zur Umschaltung der Sende-/Empfangselemente EL1–EL2 auf Empfang, wobei ein Multiplexer MUX vorgesehen ist, über den an den Empfangselementen anliegende Analogsignale A/D-Wandlern AD1–ADN zuleitbar sind, deren Ausgänge mit einem Speicherelement SP zur Speicherung digitalisierter Signale verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Signale in dem Speicherelement SP bezüglich ihrer Signalamplitude und Laufzeit gespeichert sind und dass dem Speicherelement SP ein Summierelement SUM zur phasenstarren Addition der in dem Speicherelement SP hinterlegten Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit nachgeschaltet ist und dass an einem Ausgang der Summenschaltung SUM ein bezüglich der Fehlstelle (20) auswertbares Signal anliegt.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Summierelementes SUM vorzugsweise über ein Interface I mit einer Auswerteschaltung (46) verbunden ist, in der ein Ausgang des Summierelementes SUM mit einer Signalverarbeitungsschaltung (46) verbunden ist, welches ein oder mehrere Auswertebausteine (F1, F2) zur weiteren Bewertung und Auswertung des am Ausgang des Summierelementes SUM anliegenden Signals aufweist.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertebausteine (F1, F2) eine Koinzidenzschaltung zum Vergleich der Summensignale bei phasenstarrer Addition der Amplitudenwerte mit gleicher Laufzeit mit den Summensignalen bei Addition der Amplitudenwerte der Punktwellensignale von Außenfehlern aufweist.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (14, 26, 28) als Phased Array Transducer ausgebildet ist.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangselemente (EL1–ELN) gleichzeitig oder phasenverschoben (phasing) ansteuerbar sind
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangselemente (EL1–ELN) als eine Einheit ausgebildet sind.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelemente und Empfangselemente als getrennte Einheiten ausgebildet sind.
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