DE2429324A1

DE2429324A1 - Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2429324A1
Application number: DE2429324A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rankin Cornforth
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-06-19
Publication date: 1975-03-20
Also published as: IN141092B; JPS5818623B2; FR2234561A1; JPS5050091A; IT1011998B; GB1471152A; FR2234561B1; US3961523A

Description

PAT E N TA N WÄ LT E

DR. ING. A.VAN DERWERTH ^ ft. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 9O ⁸ MÜNCHEN 8O

W.LSTORFER STB. 3₂ TEt. ,O 40. 77 O₈ 6. LUCILE-GRAHN-STR. « - TEL. <O„9. 4719 47

München, 19. Juni 1974

BRITISH STEEL· CORPORATION 33 Grosvenor Place, London SW1, Großbritannien

Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von Gegenständen

Die Erfindung betrifft die Untersuchung von Gegenständen und insbesondere die zerstörungsfreie Untersuchung von Gegenständen in Form von Rohren, Stangen oder Stäben, z. B. Stahlrohren, auf Fehler.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Untersuchung von Gegenständen in Form von Rohren, Stangen oder Stäben auf Fehler geschaffen, welches umfaßt: das Abtasten einer Fehler nachweisenden Einrichtung in einem schraubenförmigen Pfad um den Gegenstand, nach dem Empfang der Fehler anzeigenden Signale in der Einrichtung das Markieren einer bildlichen Aufzeichnung der Größe und Lage der Fehler, welche durch die aufgefangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden, längs des Gegenstandes, das Unterziehen der empfangenen, Fehler anzeigenden Signale, falls sie größer als ein vorbe stimmt er Wert sind, vorbestimmten Y/iederholungsuntersuchungen, und das Merkieren der radialen Lage der Fehler,

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DEUTSCHS BANK AC. HARBURG 93/20813 POSTSCHECK! HAMBUKC 1173 2O-3O6 TELEGRAMME] L E D E R E R P AT E N T MÖNCHEN

welche durch die aufgefangenen, Fehler anzeigenden Signale, falls sie den vorbestimmten Wiederholungsuntersuchungen genügen, gezeigt werden, zum Gegenstand auf der bildlichen Aufzeichnung.

Die Erfindung betrifft ferner die Stufen der Markierung des Gegenstandes (z. B. mit Farbe oder Lack) zur Anzeige der longitudinalen und radialen Lage der empfangenen, Fehler anzeigenden Signale, falls sie den vorherbestimmten Prüfungen genügen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen in Form von Bohren, Stangen oder Stäben auf Fehler geschaffen, welche umfaßt: eine Fehler feststellende Einrichtung, welche zum schraubenförmigen Abtasten um den zu untersuchenden Gegenstand eingerichtet ist, Einrichtungen bzw. Mittel, um nach dem Empfang von Fehler anzeigenden Signalen in der Einrichtung eine bildliche Aufzeichnung der Größe und Lage der Fehler längs dem Gegenstand zu markieren, welche durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden, Einrichtungen bzw. Mittel, um die Fehler anzeigenden Signale, falls diese größer als ein vorbestimmter Wert sind, vorherbestimmten Wiederholungsuntersuchungen oder Wiederholungsprüfungen zu unterziehen und Einrichtungen bzw. Mittel zum Markieren der radialen Lage der Fehler, welche durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale, falls sie den vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen genügen, gezeigt werden, zum Gegenstand auf der bildlichen Darstellung,

Der Fehlernachweis kann mit Hilfe von ültraschallimpulsuntersuchungseinrichtungen durchgeführt werden.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform hiervon beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein Blockschaltdiagramm, welches die Arbeitsweise der Anordnung zeigt;

Fig. 2 eine bildliche Darstellung eines Ansprechens auf einen Fehler;

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm des Logikteiles für aufeinanderfolgende Aufnahmen der Anordnung von Fig. 1; und

Fig. 4- ein Blockschaltdiagramm des Logikteiles für aufeinanderfolgende Spiralen der Anordnung von Fig. 1.

Die gezeigte Untersuchungsapparatur mit rotierender Ultraschallsonde ist insbesondere für die Ultraschallprüfung von nahtlosen Stahlrohren im Durchmesserbereich von 4,5" his 20" (114,3 bis 508 mm) vorgesehen. Die Vorrichtung verkörpert ein Ultraschallsystem zum Feststellen der Anwesenheit von hauptsächlich in Längsrichtung orientierten Diskontinuitäten, welche hauptsächlich radialer Art sind. Dies wird unter Anwendung der ^llSchubwellen"-Impulsechotechnik erreicht. Das System umfaßt acht in Intervallen von 90 in Paaren auf einem rotierenden (nicht gezeigten) Kreisring angeordnete Ultraschallwandler. Jedes Paar besteht aus einer Sonde,welche in Richtung der Rotations- oder Drehrichtung geneigt angeordnet ist, und einer weiteren Sonde, welche gegen die Rotations- oder Drehrichtung geneigt angeordnet ist. Diese Anordnung der Sonden ist erforderlich, um Einflüsse der Orientierung von Diskontinuitäten oder Unregelmäßigkeiten auszuschalten, d. h. die Diskontinuitäten oder Unregelmäßigkeiten werden von beiden Seiten geprüft, da natürliche Diskontinuitäten oder Unregelmäßigkeiten oftmals

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radial zu der Oberfläche liegen. Die acht Ultraschallsonden
werden simultan mit acht kHz gepulst, um eine angemessene
Umfangsbedeckung auf dem größten Durchmesser bei maximaler
Rotationsgeschwindigkeit sicherzustellen. Der Prüfabstand
oder die Prüfteilung ist abhängig von der Rotationskopfgeschwindigkeit und der Rohrdurchschubgeschwindigkeit, jedoch sei darauf hingewiesen, daß trotz der acht um das Rohr rotierenden Sonden diese acht Sonden lediglich als vier Sonden angesehen werden können, da sie, wie zuvor beschrieben, in
Paaren angeordnet sind.

Die normalen Abnehmerspezifikationen fordern, daß ein Schubwellentestsystem zu längs- und parallelseitig angeordneten
Kerben geeicht werden soll, die auf den Innen- und Außenoberflächen eines Testrohres eingearbeitet sind, und diese Kerben werden typischerweise als 5 % der Nennrohrwandstärke angegeben. Die meisten Spezifikationen erfordern lediglich ein Ja/Nein-Ausgangssignal aus dem Schubwellensystem für den Betrieb einer Farbpistoleneinheit zum Markieren der Längsstellung der festgestellten Diskontinuitäten oder Ungleichförmig'keiten. Das
gezeigte System erfüllt nicht nur diese Erfordernisse sondern bietet auch die Möglichkeit der dauernden Nachweisaufzeichnung, welche ebenfalls einige neue Maßnahmen der Signalverarbeitung und der bildlichen Darstellung einschließt.

Das zu beschreibende Schubwellensystem verwendet acht Paare
von identischen Kanälen, wovon ein Kanal eines Paares mehr
ins einzelne in der Fig. Λ gezeigt ist.

Von einem Steueroszillator werden Impulse abgenommen, um alle acht Schubwellensonden gleichzeitig mit einer Impulswiederholungsfrequenz (PRF) von 8 kHz für Rohrwandstärken bis zu 1" (2,54 mm) und von 4- kHz für Wandstärken bis zu 2" (5,1 mm) zu erregen.

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Im folgenden wird das Arbeiten des Kanals 1 der Sonde 1 betrachtet: Impulse von dem Steueroszillator werden zu einem Geber 1 beim Eingang 2 eingespeist, wodurch dem Geber die Erregung der Ultraschallsonde auf dem rotierenden Kopf signalisiert wird. Die zu dieser Sonde zurückkehrenden Signale werden zu einem Vorverstärker 1 in dem Geber 1 und dann zu einem Hauptverstärker über ein 0 bis 80 dB Dämpfungsglied in einem Empfänger 3 geführt. Das Ausgangssignal aus dem Hauptverstärker wird in die drei folgenden Leitungen aufgespalten:

1. Signale zu einer Mischeinheit 5i die einen Ausgang 6 besitzt, der mit einem Überwachungsoszilloskop verbunden ist,

2. Signale zu einem Ausgang 7» die zu. Diskontinuitäten in der außenliegenden Oberfläche des fiohres gehören,

5. Signale zu einem Ausgang 8, welche zu Diskontinuitäten in der innenliegenden Oberfläche des Rohres gehören·

Die Wirkungsweisen der Logikkreise für die inneren und äußeren Signale sind - obwohl getrennt ablaufend - identisch, und daher wird im folgenden nur der Logikkreis für die Verarbeitung der inneren Signale beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß bei Betrachtung aller acht Schubwellenkanäle daher sechzehn weiterverarbeitende Logikkanäle vorhanden sind, d. h. acht für die äußeren Signale und acht für die inneren Signale.

Der Signalaüsgang aus dem Hauptverstärker wird zu dem Hauptverarbeitungslogikkreis für das "innere" Signal über eine Ausgleichsteuerung in dem Empfänger 3 geführt, welche die Einstellung der Signalamplitude vor der Verarbeitung ermöglicht. Diese Möglichkeit ist ebenfalls in der Signalleitung 7 zu dem Verarbeitungslogikkreis für das äußere Signal vorhanden. Unter Verwendung dieser Ausgleichssteuerungen, d. h. einer für die äußeren und einer für die inneren Signale, können die durch den noch im folgenden beschriebenen Sondenkanal' aufgenommenen

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Signalamplituden auf gleiche Werte eingestellt werden. Hierauf muß deshalb hingewiesen werden, da oft der Fall auftritt, daß bei Verwendung von identisch eingearbeiteten 5 %-Kerben auf den inneren und äußeren Oberflächen eines Rohres das Signalansprechen von diesen Kerben als Folge von Gründen der Ultraschall- und Rohrgeometrie nicht gleich ist. Daher wird normalerweise während des Eichvorganges der Vorrichtung eine der beiden Ausgleichssteuerungen auf jedem Kanal auf Maximum eingestellt, wobei jedoch zuerst festgestellt wurde, welche der beiden Kerben (innenliegend oder außenliegend) das schwächere Signalansprechen ergibt. Dies bedeutet, daß falls das Signalansprechen der innenliegenden Kerbe geringer ist als dasjenige der außenliegenden Kerbe, die innere Ausgleichssteuerung sich auf einem Maximumwert befindet, und die äußere Signalamplitude so eingestellt wird, daß sie gleich derjenigen von der innenliegenden Kerbe bei der Betrachtung auf dem Aufzeichnungsgerät ist.

Die erste Stufe des das Signal verarbeitenden Logikkreises besteht aus einer Impulshöhendiskriminatoreinheit 9· Diese Einheit empfängt Signale aus der Ausgleichssteuerung in dem Empfänger 3 über die Leitung 8 und tastet die Amplitude der Signale durch Impulshöhendiskriminierung in acht Werte oder Kanäle mit zunehmender Amplitude ab. Eine Torwellenform, welche für jeden der acht Kanäle für die Trennung sowohl der inneren als auch der äußeren Signale erzeugt wird, wird von einer Toreinheit 10 zu elektronischen

Toren oder Fenstern am Ausgang des Impulshöhendiskriminators eingespeist, damit es möglich wird, daß alle Signale, die der Impulshöhenabtastung unterworfen wurden und innerhalb der Torwellenformperiode auftreten, über die Leitung 11 zu einem elektrostatischen Aufzeichnungslogikkreis 12 über einen Zwischenspeicher und einen Multiplexer in dem Diskriminator 9 geführt werden. Diese Torsignale, welche nun in Form von acht diskreten Digitalwerten vorliegen, werden ebenso zu einem

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Triggerhöhenmultiplexer innerhalb des Diskriminator 9 geführt, der so vorprogrammiert ist, daß lediglich Signalwerte oberhalb der vorbestimmten Werteinstellung (wählbar zwischen den Werten 1 bis 10) durchkommen, bevor eine weitere Signalverarbeitung erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, daß der eingestellte Triggerwert ebenso zu dem Aufzeichnungslogikkreis 12 geführt wird.

Signale, welche.innerhalb der Torperiode auftraten und welche oberhalb des Triggerwertes liegen, werden zu einer Einheit 13 geführt, welche als "Logikkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen" bezeichnet wird, und falls die Bedingungen innerhalb dieser Einheit erfüllt sind, wird ein Signal von dieser Einheit zu einer weiteren Einheit 14 geführt, die als "Logikkreis für aufeinanderfolgende Spiralen", benannt ist.

Im folgenden werden einige erforderliche Erklärungen für diese Funktionen gegeben:

"LoKJkkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen" Ein Ultraschallwandler, welcher rund um ein Rohr mit feststehender Umdrehungsgeschwindigkeit rotiert und mit konstanter Impulswiederholungsfrequenz (PEF) pulsgesteuert wird, führt einen Ultraschallimpuls in die Rohrwand in diskreten Zwischenabständen auf dem schraubenförmigen Abtastpfad ein. Der Abstand zwischen diesen Zwischenabständen (der feststeht) ist als Umfangsüberdeckung (oder zurückgelegte Entfernung pro Aufnahme) bekannt. Bei der Auslegung eines Ultraschallrotationssondensystems ist es normale Praxis sicherzustellen, daß der PRF-Wert so hoch wie möglich ist, was hauptsächlich durch die maximale Wandstärke des zu untersuchenden Rohres vorgegeben ist, und weiterhin sicherzustellen, daß - obwohl die Rotationsgeschwindigkeit der Sonden hoch ist, um eine maximale Rohrdurchlaufgeschwindigkeit zu erreichen - er nicht so hoch ist, daß die pro Aufnahme überstrichene Entfernung bis zu dem Punkt

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ansteigt, daß das Verfehlen des maximalen Signalamplitudenansprechens von einer Diskontinuität möglich wird. Bei einer typischen Vorrichtung mit einem PRF-Wert von 8 kHz und einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Sonden von 300 ergibt sich der überstrichene Abstand pro Aufnahme bei einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 16" (406,4 mm) durch folgende Beziehung:

η _ D χ Upm . ^r

60 x

worin: D = Rohrdurchmesser in Zoll

Upm » Rotationsgeschwindigkeit der Sonde in Umdrehungen pro Minute

PRF « Impulswiederholungsfrequenz in Hz

Für das oben genannte Beispiel ergibt sich: r = 16 χ 300 fr ⁴K

60 χ 8000*- 1ÖÖ

rs

Mit diesen Werten ergibt sich daher eine Aufnahme nach jeweils 0,03" (0,762 mm). Hierdurch wird sichergestellt, daß beim Durchtreten eines Sondenstrahles durch eine Diskontinuität eine Signalrückkehr bei einer Anzahl von Aufnahmen von einer Diskontinuität erfolgt, und daß die Wahrscheinlichkeit zum Empfang des maximalen Ansprechens hoch ist.

Viele Schubwellensysteme arbeiten auf der Basis des Empfangs von einem Signal von einer Diskontinuität, und falls sie über einem vorher eingestellten Triggerwert liegen, betätigen sie Außenalarmeinrichtungen usw.. Das Hauptproblem bei solchen Systemen ist, daß sie eine schlechte Rauschunempfindlichkeit besitzen. Um diese Rauschunempfindlichkeit (z. B. elektrisches Rauschen als Folge von Kontaktschalten usw. entweder innerhalb des Leitungsnetzes oder als Folge der Umgebung) gu verbessern, erfordert

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das entworfene System, daß Signale bei einer voreingestellten Anzahl von aufeinanderfolgenden Aufnahmen vorhanden sind, welche zu der Sonde zurückkehren, wobei dies in der Torperiode stattfindet, und welche oberhalb eines vorher eingestellten Wertes liegen. Bei dem erfindungsgemäßen Schubwellensystem werden alle Signale in der Torperiode aufgezeichnet, jedoch lediglich solche oberhalb des Triggerwertes und solche, welche für eine spezifizierte Anzahl von aufeinanderfolgenden Aufnahmen auftreten, werden durch das System zugelassen. (Typische Einstellung von $ oder 4). Das Hauptmerkmal des Betriebes liegt darin, daß Signale, welche zu dem Logikkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen 13 geführt werden, durch eine Reihe von Toren oder Fenstern geprüft werden, welche bestimmen, ob die eingeordneten Signale aufeinanderfolgend aufgetreten sind, d. h. in aufeinanderfolgenden Torperioden. Falls dies der Fall ist, zählt ein Zähler die Anzahl der empfangenen, aufeinanderfolgenden Signale, und falls diese oberhalb einer vorher eingestellten Anzahl (welche auf der Ausrüstung wählbar ist) liegen, wird ein Signal zu einem Speicher geführt. Ein Ausgang an dem Speicher ergibt einen Ausgang "hoch" und bleibt solange bestehen, wie die Zählung im Zähler eine voreingestellte Zahl erreicht oder größer ist. Sobald der Zustand von aufeinanderfolgenden Signalen nicht realisiert wird, stell* die Reihe von Toren am Eingang des Logikkreises für aufeinanderfolgende Aufnahmen fest, daß ein Signal in aufeinanderfolgenden Torperioden fehlt, und der Zähler und der Speicher werden rückgestellt und sind für eine erneute Eingabe bereit.

Dieser Arbeitsvorgang wird im einzelnen in der Fig. 3 gezeigt.

Impulse von dem Steueroszillator werden in die Logikeinheit für aufeinanderfolgende Aufnahmen über den Eingang 15 eingespeist. Die Impulse werden über einen Puffer 16 teilweise zu einer Verzögerungseinheit 17 geführt, welche den Impuls

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um wenige MikrοSekunden verzögert. Es sei darauf hingewiesen, daß der Steueroszillatorimpuls zum gleichen Zeitpunkt wie der Wandlererregerimpuls auftritt.

Ein Signal von dem Impulshöhendiskriminator 9 läuft über die Leitung 18 zu einer Flip-Flop-Schaltung 19- Das Signal betätigt die Flip-Flop-Schaltung 19, welche einen Impuls zu einem Zähler 20 über einen Ausgang führt, während der andere Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 19 das "UND"- Tor 21 schließt, wodurch verhindert wird, daß der nächste Steueroszillatorimpuls von dem Puffer 16 durch das "UND"-Tor 21 zu dem Zähler und der Speicherrückstell-Leitung 22 gelangt, so daß eine Zählung von "1" in dem Zähler 20 gehalten wird. Der verzögerte Steueroszillatorimpuls aus der Verzögerungseinheit 17 stellt die Flip-Flop-Schaltung 19 rück und öffnet das UND-Tor 21. Das nächste. Signal auf der Leitung 18 erregt die Flip-Flop-Schaltung 19, welche einen weiteren Zählvorgang zum Zähler 20 führt, und das UND-Tor ist jetzt wiederum geschlossen. Dies wird so fortgeführt, bis die voreingestellte Zählung in einem Zähler (welche durch die Voreinstelleinheit 24 bestimmt wird) erreicht ist und dann wird ein Signal zu einem Speicher 23 geführt, der ein Ausgangssignal zu dem Logikkreis 14 für aufeinanderfolgende Spiralen gibt. Falls ein Signal oder mehrere Signale auf der Leitung 18 fehlen, wird die Flip-Flop-Schaltung 19 nicht angeregt, wodurch das UND-Tor 21 offen bleibt und der Steueroszillatorimpuls von dem Puffer 16 durch das UND-Tor durchtreten kann und den Zähler 20 und den Speicher 23 rückstellen kann.

Das Ausgangssignal aus dem Logikkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen kann ebenfalls mit einer akustisch und/oder visuell anzeigenden Alarmeinheit 62 verbunden sein.

LoKJkkreis für aufeinanderfolgende Spiralen Bei Verwendung einer Rotationssonde oder einer rotierenden Ultraschallausrüstung legen die Verbraucherspezifikationen

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normalerweise den während der Produktionsprüfung anzuwendenden Inspektionsabstand auf dem schraubenförmigen Abtastweg fest. Einige Spezifikationen erfordern eine 100 %ige Überdeckung, während andere Abstände von 2" oder 3" oder noch größere Teilungsabstände erfordern. Was üblicherweise nicht definiert ist, ist die minimale Länge der Diskontinuität oder Ungleichförmigkeit, die aufgefunden werden sollte. Dies ist jedoch ein extrem wichtiger Faktor, da es vorstellbar ist, daß obwohl z. B. bei einem 2,54 cm (1") Abstand eine 2,86 cm (1 1/8") lange Diskontinuität, welche einen den Triggerwert der Ausrüstung überschreitenden Ansprechwert ergibt, sicher festgestellt werden kann - eine viel kürzere Diskontinuität, falls der Sondenstrahl zufällig gerade hier durchtritt, ebenfalls die Vorrichtung auszulösen vermag. Andererseits läuft diese Diskontinuität unentdeckt durch, falls der Sonden- ' strahl nicht durch die Diskontinuität durchläuft. Diese Situation ist daher keineswegs ideal.

Das erfindungsgemäße System ist dazu vorgesehen, diese Anomalität auf ein Minimum herabzusetzen, wobei es auf der Grundlage arbeitet, daß hauptsächlich der Inspektionsabstand einer Prüfmethode die minimale Länge der nachzuweisenden Diskontinuität bestimmen sollte.

Bei der Mehrfachsondenanordnung des erfindungsgemäßen Systems beträgt der schraubenförmige Teilungsabstand einer beliebigen Schubwellensonde, um einen Gesamtteilungsabstand von 0,5" (1,27 cm) zu erreichen, 2" (5,1 cm), d. h. 4 χ 0,5". Um es daher möglich zu machen, daß das System der aufeinanderfolgenden Spiralen ausreichend anpassungsfähig ist, um solche kurzen Diskontinuitäten, z. B. von 0,75" (1»78 cm) Länge festzustellen, arbeitet der Logikkreis für aufeinanderfolgende Spiralen so, daß alle vier Sonden in Beziehung zueinander gesetzt werden, daß die Anwesenheit von Diskontinuitäten nicht nur über

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vollständigen, aufeinanderfolgenden Spiralen sondern auch über 1/4- oder 1/2-Spiralen festgestellt werden kann. Das Logiksystem für aufeinanderfolgende Spiralen ist im einzelnen in der Fig. 4 dargestellt.

Da effektiv nur vier Sonden vorhanden sind, d. h. vier Sonden, welche zu der Rotationsrichtung hin gerichtet sind und vier Sonden, welche von der Rotationsrichtung weg weisen, ist der schraubenförmige Pfad auf jedem Probensatz derjenige eines viergängigen Gewindes. Bei Betracht der Situation, wo eine beliebige Sonde die Anwesenheit einer Diskontinuität über dem voreingestellten Triggerwert feststellt, der den Erfordernissen für aufeinanderfolgende Aufnahmen genügt, kann eine beliebige der folgenden, drei Bedingungen des Logikkreises für aufeinanderfolgende Spiralen gefordert werden, und diese können an der Vorrichtung gewählt werden:

1. Es wird gefordert, daß jede Sonde dieselbe Diskontinuität eine Umdrehung später (bei annähernd derselben Umfangslage) feststellt, die von derselben Sonde auf der vorangegangenen Spirale nachgewiesen wurde;

2. eine beliebige der Sonde soll dieselbe Diskontinuität eine halbe Umdrehung später (bei annähernd derselben Umfangslage) feststellen, wie sie von der Sonde festgestellt wurden, die mit 180° in der Drehrichtung entfernt angeordnet ist;

3. eine beliebige der Sonden soll dieselbe Diskontinuität 1/4-Umdrehung später (bei annähernd derselben Umfangslage) feststellen, wie sie von der Sonde festgestellt wurde, die um 90° in der Drehrichtung entfernt angeordnet ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß das System der aufeinanderfolgenden Spiralen überbrückt werden kann, falls es nicht eingesetzt werden soll.

Diese Erfordernisse oder Bedingungen werden in folgender Weise erfüllt:

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Ein Signal, welches von dem Logikkreis 13 für aufeinanderfolgende Aufnahmen zur Leitung 25 geführt wird, wird direkt zu dem Ausgang des Logikkreises für aufeinanderfolgende Spiralen geführt, d. h. der Logikkreis für aufeinanderfolgende Spiralen wird kurzgeschlossen, falls die Einstellung des Wählschalters 26 so ist, daß das "Haupt "-rTor 27 offen ist. Falls das Haupttor 27 geschlossen ist, ist der Wählschalter entweder auf der Spiraleinstellung 1, der Spiraleinstellung 1/2 oder der Spiraleinstellung 1/4.

Ein Signal auf dem Logikkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen wird ebenso zu einem Überlappungsschieberegister 28 geführt. Der Zweck dieses Registers 28 ist sicherzustellen, daß die Umfangslage einer auf aufeinanderfolgenden Spiralen gefundenen Diskontinuität (entweder nach einer, 1/2 oder 1/4 Umdrehung) innerhalb ί 1 % einer Nennlage liegt (d. h. annähernd die gleiche Umfangslage oder -stellung).

Unter Annahme der Situation, daß die Einstellung des Wählschal'ters 26 sich auf 1 Umdrehung befindet, d. h. jede Sonde muß dieselbe Diskontinuität eine Umdrehung später feststellen, wird das Ausgangssignal von dem Logikkreis für aufeinanderfolgende Aufnahmen zu dem Eingang des Überlappungsschieberegisters 28 geführt , wobei das Haupt-"Nebenschluß"-Tor 27 geschlossen ist. Es gibt einen Takt "1" in die erste Stufe des Überlappungsschieberegisters. 100 Impulse pro Umdrehung (geliefert durch den Nachweis von 100 Metallstifte, die in gleichem Abstand voneinander rund um den Sondenrotor beim Verschiebungsgenerator 61 erzeugt werden) werden in das Register 28 eingespeist, welches diese "1" seinerseits durch jede Stufe verschiebt. Die drei Ausgangssignale des Registers 28 werden über das "ODER"-Tor 30 geführt und in die Hauptregister 31, 32, 33 und 34 mit 4 χ 25 Bits eingespeist, welche tatsächlich den Rohrumfang in 1 %-Bereichen darstellen. Daher sind nach

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drei Verschiebungsimpulsen 3 x "1" fortschreitend durch die Register durch die 100 Impulse pro Umdrehung verschoben worden. Wenn die gleiche Diskontinuität von derselben Sonde eine Spirale später festgestellt wird, wird ein Signal zu dem Überlappungsverschieberegister 28 wie zuvor geführt und durch dieses Register verschoben. Die vorhergehende Einheit von 3 x "1", welche in die Hauptverschiebungsregister eingesetzt ist, befindet sich an dem Ausgangspunkt vom letzten Register 34 mit 25 Bits. Das Ausgangssignal von dem letzten Register mit 25 Bits wird in das "UND^II-Tor 35 eingespeist zusammen mit dem Ausgangssignal der zentralen Stufe 36 des Überlappungsregisters 28. Falls daher eine Diskontinuität bei genau derselben Umfangslage bei zwei aufeinanderfolgenden Spiralen gefunden wurde, befindet sich eine "1" beim zentralen Ausgang 36 des Überlappungsregisters 28, wenn die zentrale "1" der Einheit von 3 x "1" in den Hauptregistern den Ausgang der letzten Stufe 34- mit 25 Bits erreicht, und es ergibt sich ein Ausgangssignal aus dem Logikkreis für aufeinanderfolgende Spiralen. Koinzidenz zwischen einer "1" in der zentralen Stufe des Überlappungsregisters und einer beliebigen der 3 x "1" in den Hauptregistern liefert daher eine Genauigkeit von - 1 % für die Umfangslage, wie bereits erwähnt. Das System für die 1/4 oder 1/2-Spirale arbeitet in gleicher Weise mit der Ausnahme, daß die zentrale Stufe des Überlappungsregisters des entsprechenden Sondenkanals mit dem Ausgang entweder des ersten Registers mit 25 Bits des Sondenkanals, der in diesem Fall vorangeht, verglichen wird, d. h. der Ausgang der zentralen Stufe 37 des Überlappungsregisters 38 des Kanals der Sonde 2 wird mit dem Ausgang 39 des ersten Registers 31 mit 25 Bits des Kanals der Sonde 1 "bei dem "UND"-!ror 40 für eine Teilungsabstandseinstellung von 1/4-Spirale verglichen, oder der Ausgang der zentralen Stufe 41 des Überlappungsregisters 42 des Kanals der Sonde 3 wird mit dem Ausgang 43 des zweiten Registers 32 _mit 25 Bits des Kanals der Sonde 1 bei dem UND-Tor 44 für

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die Einstellung 1/2-Spirale verglichen. Die Koinzidenz-"UND"-Tore 40, 44 und 35 sind zum Betrieb durch die Einstellung des Wählschalters,26 vorgespannt und jedes Ausgangssignal von dem Koinzidenz-"UND"-Tor, welches vorgespannt wurde, d. h. entweder die 1-Spirale, 1/2-Spirale oder 1/4-Spirale, wird zu einem ODER-Tor 45 geleitet und dann zu dem Ausgang des Logikkreises für aufeinanderfolgende Spiralen und dann zu einem System für die Quadrantenmarkierung der Lage der nachgewiesenen Diskontinuität. Wie bei dem Logikkreis 13 für aufeinanderfolgende Aufnahmen besteht das Logiksystem 14 für · aufeinanderfolgende Spiralen aus. sechzehn Kanälen, einem für jede Sonde, innen und außen, jedoch sind die sechzehn Kanäle des Logikkreises für aufeinanderfolgende Aufnahmen im Betrieb voneinander unabhängig, während die Kanäle des Logikkreises für aufeinanderfolgende Spiralen notwendigerweise untereinander verknüpft sind, wenn die Einstellung 1/4-Spirale oder 1/2-Spirale gegeben ist, um die beschriebene Funktion zu erfüllen. Nachdem nun Signale verarbeitet wurden, welche von den Ultraschallsonden zurückkehrten, um zu bestimmen, ob:

a) sie von inneren oder äußeren Diskontinuitäten kommen,

b) sie den Triggerwert der Vorrichtung übersteigen,

c) sie die vorprogrammierte Bedingung für aufeinanderfolgende Aufnahmen erfüllen,

d) sie die vorprogrammierte Bedingung für aufeinanderfolgende Spiralen erfüllen,

ist es nun erforderlich, die Lage der nachgewiesenen Diskonti-

.geeignet nuitäten auf der Rohroberfläche/zu markieren wie auch diese Information aufzuzeichnen.

Zum Markieren der Lage der nachgewiesenen Diskontinuitäten wird ein (nicht gezeigtes) Zwillings-Vierfach-Farbspritzsystem verwendet, welches in Bewegungsrichtung abwärts von der Rotationssondeneinheit montiert ist. Ein Satz von vier Pistolen wird zur Markierung der Lage der nachgewiesenen, äußeren Diskontinuitäten verwendet, während der andere Satz die Lage der inneren

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Diskontinuitäten markiert. Jeder Satz umfaßt vier Pistolen, die in Abständen von 90 ° derart montiert sind, daß der Rohrumfang in vier Quadranten aufgeteilt ist. Der Quadrant 1 beginnt bei 45° BTDC (BTDC = vor oberem Totpunkt), d. h. dies entspricht der Lage der Pistole Nr. 1. Eine Diskontinuität wird zusammen mit der Quadrantenanordnung der Diskontinuität markiert, d. h. in Quadranten 1, 2, 3 oder 4. In der Praxis werden, falls eine Diskontinuität in z. B. Quadrant 1 festgestellt wird, die zwei Farbpistolen an den Enden des Quadranten 1 betätigt, was anzeigt, daß die Diskontinuität zwischen den zwei Farbmarkierungen liegt.

Dies wird in folgender Weise dadurch erreicht, wobei auf die Fig. 1 Bezug genommen wird:

Es wird die verarbeitete Information des inneren Signals genommen; die Information der Sonde 1 wird von dem Logikkreis 14 für aufeinanderfolgende Spiralen über die Leitung 46 zu einer Reihe von Toren in der Quadrantenorientierungseinheit 47 geführt, welche automatisch die Information vom Kanal der Sonde 1 in eins der vier Verzögerungsregister 48, 49,50 und 51 (wovon Jedes einen der vier Rohrquadranten darstellt) unter der Steuerung des Verschiebungsgenerators 61 führt. Falls daher die Sonde 1 ein Signal empfängt, welches alle Verarbeitungsbedingungen erfüllt, während die Sonde 1 im Quadranten 1 abtastet, wird das verarbeitete Signal durch die Einheit zu dem Verzögerungsverschiebungsregister 48 für den Quadranten geführt. Die Länge der Verzögerung steht fest, und die

Verschiebungsimpulsrate ist mittels eines "elektronischen" Getriebes variabel. Auf diese Weise wird das in das Verschiebungsregister des Quadranten 1 eingeführte Signal durch die Verzögerung so verschoben, daß die tatsächliche Diskontinuität mit dem Farbsystem zusammenfällt, wenn das Signal sich am Verzögerungsausgang 52 befindet. Dieses Signal betätigt die zwei Pistolen an jedem Ende des Quadranten 1. In ähnlicher Weise wird, wenn z. B. die Sonde 2 ein Signal nachweist, dieses

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zur Verzögerungseinrichtung 51 cles Quadranten 4 geführt, dann durch das Register verschoben und es betätigt über den Ausgang 53 die zwei Pistolen an den Enden des Quadranten 4, wenn die Diskontinuität mit der Farbpistoleneinheit koinzidiert.

Für Aufzeichnungszwecke ist die Quadrantenorientierungseinheit 47 mit dem Aufzeichnungslogikkreis 12 über die Leitungen 54-» 55ι 56 und 57 verbunden. Sobald ein Signal von dem Logikkreis 14 für aufeinanderfolgende Spiralen zu der Quadrantenorientierungseinheit 47 geschickt wird, wird ein Signal zu dem Aufzeichnungslogikkreis 12 geführt, was anzeigt, daß die Signalamplitude, welche aufgezeichnet wurde, die Verarbeitungsbedingungen erfüllte und-in einem spezifischen Quadranten, d. h. Nr. 1, 2, 3 oder 4, innen oder außen, auftrat.

Die Quadrantenorientierungs.einheit 47 empfängt ebenfalls über die Leitungen 58, 59 und 60 gleichartige Signale von den Innenwandkanälen der Sonden 2, 3 und 4. Diese Signale werden in gleicher Weise verarbeitet.

Drei Doppelquadrantenorientierungseinheiten, welche der gleichen Funktion wie oben beschrieben dienen, sind für die übrigbleibenden zwölf Sondenkanäle vorgesehen.

In der Fig. 2 ist ein typischer Abschnitt eines mit Aufzeichnungen versehenen Schreiberpapieres wiedergegeben, erzeugt von einem elektrostatischen Vielfachschreiber von an.sich bekannter Bauweise, der von der Aufzeichnungslogikeinheit mit Empfang der Signale aus allen Kanälen des Systems gesteuert wurde. Die eine Diskontinuität anzeigende Markierung 63 zeigt die Anwesenheit von Signalen aus einem oder mehreren der Kanäle des Systems für die Außenwand, welche den vorher eingestellten Triggerwert 64 für die Außenwand überschritten haben und die von einem Impulshöhendiskriminator 9 zu dem

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Aufzeichnungslogikkreis 12 geführt wurden. Da diese Signale ebenfalls positiv durch einen Logikkreis 15 für aufeinanderfolgende Aufnahmen und einen Logikkreis 14 für aufeinanderfolgende Spiralen durchkamen, wurde eine Markierung 65 angebracht, die den Qudranten anzeigt, im vorliegenden Fall den Quadranten 1, innerhalb dessen die Diskontinuität liegt.

Die Markierungen 66 zeigen in gleicher Veise die Anwesenheit von Signalen aus einem oder mehreren der Kanäle für die Innenwand, welche den vorher eingestellten Triggerwert 67 für die Innenwand überschritten haben und von einem Impulshöh endiskriminator zu dem Aufzeichnungslogikkreis 12 geführt wurden. In diesem Fall erfüllten die Signale jedoch nicht die Bedingungen der Logikkreise für aufeinanderfolgende Aufnahmen und/oder aufeinanderfolgende Spiralen, so daß keine Quadrantenmarkierung angegeben ist.

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Claims

Patentansprüche

r 1. !Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen in Form von —^Rohren, Stangen oder Stäben auf Fehler, welche eine Fehler feststellende Einrichtung umfaßt, die zum schraubenförmigen Abtasten um den zu untersuchenden Gegenstand eingerichtet ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Markieren einer bildlichen Aufzeichnung der Größe und Stellung von Fehlern längs dem Gegenstand nach dem Empfang von Fehler anzeigenden Signalen in der Einrichtung, wobei die Fehler durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden,Einrich-' tungen, um die Fehler anzeigenden Signale, welche größer als eine vorbestimmte Größe sind, vorbestimmten Wiederholungsprüfungen zu unterziehen, und Einrichtungen zum Markieren der radialen Lage der durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale, falls diese den vorbestimmten Wiederholungsprüfungen genügen, gezeigten Fehler an dem Gegenstand auf der bildlichen Darstellung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler nachweisende Einrichtung eine Ultraschallprufsonde umfaßt, welche zum Schicken einer Vielzahl von Ultraschallimpulsen in den Gegenstand und zum Empfang von Fehler anzeigenden Echos der Impulse aus dem Gegenstand eingerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, um an den Fehler anzeigenden Signalen vorbestimmte Wiederholungsprüfungen durchzuführen, Einrichtungen umfassen, um zu prüfen, ob die Fehler anzeigenden Echos aus einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden,

ι durch die Testsonde übermittelten Impulsen empfangen werden.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, um die Fehler anzeigenden Signale vorherbestimmte Wiederholungsprüfungen zu unterziehen, Einrichtungen umfassen, welche in der Lage sind, zu prüfen, ob die Fehler anzeigenden Echos von den Impulsen empfangen werden, welche durch die Untersuchungssonde bei einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden, schraubenförmigen Abtastungen hinter derselben radialen Lage am Gegenstand empfangen werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, welche eine Vielzahl von Ultraschalluntersuchungssonden umfaßt, die um die Abtastachse voneinander getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, um die Fehler anzeigenden Signale vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen zu unterziehen, Einrichtungen zur Prüfung umfassen, ob die Fehler anzeigenden Echos von Impulsen empfangen werden, welche durch eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Sonden während der Abtastbewegung hinter derselben radialen Lage am Gegenstand übermittelt werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bestimmung, ob die empfangenen, Fehler anzeigenden Echos einen größeren Wert als ein vorherbestimmter Schwellwert besitzen, wobei die Einrichtung so eingerichtet ist, daß im Hinblick auf die Echos nur Signale für die bildliche Aufzeichnung und die Wiederholungsprüfung passieren, welche eine Größe oberhalb des Schwellwertes besitzen. -

7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Markieren des Gegenstandes zur Anzeige der longitudinalen und radialen Lage der Fehler, welche durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden, falls diese größer als der vorherbestimmte

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Wert sind und falls sie die vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen erfüllen.

8. Vorrichtung zur Untersuchung von röhrenartigen Gegenständen, gekennzeichnet durch getrennte Einrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Untersuchung auf Fehler, welche von der Innenwandoberfläche des Gegenstandes herrühren und zur Untersuchung auf Fehler, welche von der Außenwandoberfläche des Gegenstandes herrühren.

9. Verfahren zur Untersuchung von Gegenständen in Form von Rohren, Stangen öder Stäben auf Fehler, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehler nachweisende Einrichtung in einem schraubenförmigen Pfad um den Gegenstand abtastend geführt wird, daß beim Empfang von Fehler anzeigenden Signalen in der Einrichtung eine bildliche Aufzeichnung der Größe und Lage der Fehler längs des Gegenstandes, wobei die Fehler durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale angezeigt werden, markiert wird, daß die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale, die größer als ein vorbestimmter Wert sind, vorbestimmten

Wiederholungsprüfungen unterzogen werden und daß die bildliche Aufzeichnung der radialen Lage der Fehler an dem Gegenstand markiert wird, wobei-die Fehler durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden, falls sie den vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen genügen.

10. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der . Fehlernachweis mittels einer Ultraschalluntersuchungssonde durchgeführt wird, welche eine Vielzahl von Ultraschallimpulsen in den Gegenstand überführt und von dem Gegenstand Fehler anzeigende Echos der Impulse aus dem Gegenstand empfängt.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe, in der die Fehler anzeigenden Signale vorher-

■ bestimmten Wiederholungsprüfungen unterzogen werden, die Prüfung einschließt, ob die Fehler anzeigenden Echos von einer vorherbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden durch die Testsonde übermittelten Impulsen empfangen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe, in der die Fehler anzeigenden Signale den vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen unterzogen werden, die Prüfung einschließt, ob die Fehler anzeigenden Echos au ■; Impulsen empfangen werden, welche durch die Testsonde bei.einer vorherbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden, schraubenförmigen Abtastungen hinter derselben·radialen Lage am Gegenstand übermittelt wurden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, .11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlernachweis mittels einer Vielzahl von Ultraschalluntersuchungssonden durchgeführt sind, welche um die Abtastachse getrennt angeordnet sind und worin die Stufe, in der die Fehler anzeigenden Signale den vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen unterzogen werden, die Prüfung einschließt, ob die Fehler anzeigenden Echos aus Impulsen empfangen werden, welche durch eine vorherbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Sonden während der·Abtastbewegung hinter derselben radialen Lage am Gegenstand übermittelt wurden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13» gekennzeichnet durch folgende Stufen: Bestimmung, ob die empfangenen, Fehler anzeigenden Echos in ihrer Größe größer sind als ein vorherbestimmter Schwellwert, und das Durchlassen von Signalen für die bildliche Aufzeichnung und die Wiederholungsprüfung nur hinsichtlich der Echowerte, welche eine Größe oberhalb dieses Schwellwertes besitzen.

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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 "bis 14-, gekennzeichnet durch die Stufe der Markierung des Gegenstandes zur Anzeige der longitudinalen und radialen Lage der Fehler, welche durch die empfangenen, Fehler anzeigenden Signale gezeigt werden, falls sie größer als dieser vorbestimmte Wert sind und falls sie die vorherbestimmten Wiederholungsprüfungen erfüllen.

16. Verfahren zur Prüfung eines-Rohres auf Fehler, wobei eine ultraschallprüfsonde in einem schraubenförmigen Pfad um das Rohr .geführt wird und die Sonde zur Übermittlung einer Vielzahl von Ultraschallimpulsen in das Rohr und zum Empfang von Fehler anzeigenden Echos aus dem Rohr der Impulse aus dem Rohr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß geprüft wird, ob Fehler anzeigende Echos von einer vorherbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen empfangen werden, die durch die Testsonde übermittelt wurden, und daß ein Ausgangssignal geliefert wird, falls dies der Fall ist.

17. Verfahren zur Untersuchung eines Rohres auf Fehler, welche das abtastende Führen einer Vielzahl von Ultraschallprüfsonden in einem schraubenförmigen Pfad um das Rohr und die Verwendung der Sonden zum Senden einer Vielzahl von Ultraschallimpulsen in das Rohr und zum Empfang von Fehler anzeigenden Echos aus dem Rohr der Impulse aus dem Rohr umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob die Fehler anzeigenden Echos von Impulsen empfangen werden, welche durch eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Sonden während der Abtastbewegung hinter derselben radialen Lage am Rohr übermittelt wurden und daß ein Ausgangssignal geliefert wird, falls dies der Fall ist.

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