DE2636401B2 - Verfahren zur automatischen Erkennung von Ultraschallanzeigen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Ultraschallanzeigen, welche bei der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, insbesondere bei der Prüfung von Schweißnähten, mit Hilfe der Impulsabtastung in der Fehlerbeurteilung einbezogen werden müssen, durch Einstellen einer Ansprechschwelle innerhalb eines Anzeigenerwartungsbereiches und durch gemeinsame Kontrolle auf Funktionstüchtigkeit der Priifköpfe und einwandfreie Ankopplung.

Bekannterweise muß zur Durchführung von Ultraschallprüfungen ein Schema zur Bewertung der Ultraschall-Signale festgelegt werden, wonach bei manueller Prüfung der ausführende Prüfer und bei maschineller Prüfung eine nachgeschaltete Auswerteeinheit die Bewertung der Ultraschall-Signale ausführt.

Für die heute in der Praxis eingesetzten Prüfverfahren wurden in Anlehnung an die bekannten Prüfaufgaben bereits umfangreiche Bewertungsschemata in Form von Richtlinien und Prüfvorschriften erarbeitet und aufgestellt. Ein großer Teil der Prüfvorschriften und Richtlinien sind von den Normenverbänden und Vereinen herausgegeben worden, weitere sind in Vorbereitung.

Wesentliche Größe der Bewertungskriterien bildet dabei die einzustellende Prüfempfindlichkeit des eingesetzten Prüfverfahrens. Die Höhe der jeweiligen Prüfempfindlichkeit ist hierbei als diejenige Größe definiert, die angibt, ab welcher die Ultraschall-Signal- ^ω amplitude in die Beurteilung einer Prüfung einbezogen werden muß — sie sagt nichts aus über die absolut erreichbare Prüfempfindlichkeit im Sinne des Auflösungsvermögens eines Prüfverfahrens.

Die vorstehend definierte Prüfempfindlichkeit wird z. B. mittels Kontrollkörper oder nach der AVG-Methode (Archiv f. d. Eisenhüttenwesen 11/1959 S. 693-70 eingestellt. Bei automatischen Prüfanlagen wird die in der Prüfvorschrift angegebene Prüfempfindlichkeit derart eingehalten, daß durch Einstellen einer feststehenden Ansprechschwelle innerhalb eines Anzeigenerwartungsbereiches »alle« Signalamplituden, die diese Schwelle überschreiten, näher untersucht bzw. registriert werden. Der absolut erreichbaren Prüfempfindlichkeit sind aber nicht nur vom Verfahren her Grenzen vorgegeben, sondern von wesentlichem Einfluß sind hierbei gewisse Eigenschaften des Prüflings und die umgebenden Prüfbedingungen wie z. B. die Ankopplungsart. Ferner kann durch die Prüfelektronik auch noch durch mehr oder weniger starkes Elektronikrauschen eine Beeinflussung stattfinden.

Dieser Einfluß auf die erreichbare Prüfempfindlichkeit, der oft auch mit »Störpegel« oder »Gras« bezeichnete Grundpegel macht sich auf dem Bildschirm eines zur Anwendung kommenden Prüfgerätes im Anzeigenerwartungsbereich (AEB) als Anhäufung zahlreicher Einzelsignale bemerkbar.

Erreicht der Grundpegel während der Prüfung die fest an die Zulässigkeitsgrenze gekoppelte Ansprechschwelle, so kann dies zu Ultraschall-Anzeigen führen, obwohl im Prüfling keine unzulässigen Fehler vorhanden sind.

Bei der automatischen bzw. halbautomatischen Ultraschall-Prüfung werden mittels der üblichen Zusatzgeräte (Monitore) die Ansprechschwellen entsprechend den gültigen Zulässigkeitsgrenzen für einen längeren Zeitraum — z. B. für ein Prüflos — fest eingestellt.

Damit werden solche Amplituden bewertet oder registriert, die diese Grenze überschreiten.

In vielen Fällen ist es vorteilhaft, alle Ultraschall-Amplituden zu erfassen, also auch solche, die unterhalb der Ansprechschwelle liegen. Dies wird besonders bei der Ultraschall-Handprüfung praktiziert. Bei der automatischen Prüfung würde dies jedoch aufgrund der vermehrten Anzeigenstellen, die durch den abgesenkten Schwellwert verursacht werden, zu Schwierigkeiten führen und eine automatische Sortierung zwischen Störanzeigen und von Fehlern herrührende Anzeigen nicht ohne weiteres möglich sein.

Bei schwankender Prüfempfindlichkeit während der Prüfung kann es bei einer fest eingestellten Ansprechschwelle vorkommen, daß solche Ultraschall-Amplituden, die im Bereich der Schwelle liegen, bei wiederholten Prüfabläufen nicht in gleicher Weise registriert werden.

Da, wie bereits vorstehend aufgeführt, mehrere Ursachen zu einer schwankenden Prüfempfindlichkeit führen, wurden zahlreiche Systeme mit dem Ziel entwickelt, die Prüfempfindlichkeit während der Prüfung konstant zu halten.

Bei der Prüfung UP-geschweißter Rohre wurden elektronische Geräte entwickelt mit denen mittels einer Transfermessung mit mindestens zwei Schwingern bei V- oder Senkrechtdurchschallung die Prüfempfindlichkeit geregelt und eine Funktionskontrolle des Prüfsystems ermöglicht werden soll (DE-PS 9 29 153 und DE-OS 19 52 380).

Die heute bekannten Systeme zur Transfermessung, Funktionsüberwachung usw. sind prüftechnisch mit erheblichen Mängeln behaftet und lösen die gestellte Aufgabe nur unzureichend oder überhaupt nicht.

Bei einer Methode wird bei den sich beiderseits der Schweißnaht jeweils paarweise gegenüberstehenden Prüfköpfen eine Transfermessung in V-Durchschallung durchgeführt. Hierbei kann die im Durchschallungstakt jeweils gemessene Amplitude zum evtl. Regeln der

Prüfempfindlichkeit im nachfolgenden Prüftakt benutzt werden (DE-OS 19 52 380).

Da die Durchschallung im starken Maße von Randbedingungen beeinflußt wird, wie z. B. Geometrie, Schweißnahtüberhöhung, die in der Regel keinen Einfluß auf die Änderung der Prüfempfindlichkeit im Prüftakt bei Impuls-Reflexion ausüben, bietet diese Methode keine befriedigende Möglichkeit, die Prüfempfindlichkeit zu regeln.

Auch unter der Annahme, daß sämtliche Randöedin- :o gungen, die zu Durchschallungsstörungen führen, ausgeschlossen werden können, und nur bei evtl. ungleichmäßiger Ankopplung während der Prüfung die durch die Messung der Durchschallung ermittelt werden, ist es nicht möglich zu entscheiden, welcher der jeweils in einer Prüfebene gegenüberstehenden Prüfköpfe die Ankopplungsschwankung hervorruft.

Dadurch kann auch nicht gezielt der die Ankopplungsschwankung verursachende Prüfkopf nachgeregelt werden und eine Regelung der Prüfempfindlichkeit führt zwangsläufig zu einer Verschlechterung der Prüfbedingungen.

Eine andere Methode der Ankopplungskontrolle ist der zusätzliche Einsatz einer Senkrechteinschallung.

Der Schwinger für die sogenannte Ankopplungskontrolle und derjenige für die Prüfung sind z. B. dabei in einem Prüfkopfgehäuse untergebracht.

Das von dem Normalprüfkopf für die Ankopplungskontrolle aufgenommene Rückwandecho dient hierbei zur Überwachung der Ankopplungsschwankung.

Obwohl sich evtl. auftretende Ankopplungsschwankungen dem Prüfkopf direkt zuordnen lassen, können materialbeeinflussende Faktoren nicht ermittelt werden, da die Überwachungsstrecke der Senkrechteinschallung nicht mit der Prüfstrecke der Schrägeinschallung identisch ist.

Auch der Einsatz dieses Verfahrens kann zur Verschlechterung der Prüfbedingungen führen.

Zur Erkenn'ing relevanter Signale aus stark schwankendem Signalpegel ist ein Elektroniksystem bekannt (DE-OS 25 19 386), bei dem aus einem kontinuierlichen »Grundpegel« durch elektronische Glieder ein dem mittleren Grundpegel entsprechendes Signal abgeleitet und zur dynamischen Schwellwertbildung benutzt wird. Bei diesem Elektroniksystem ist die für eine Signalglättung erforderliche Signalspeicherung durch ein RC-Glied zeitlich begrenzt und daher nicht langzeitig amplitudenkonstant eingeführt. Die Glättung selbst ist nur über einen durch die Zeitkonstante 7= RC begrenzten Zeitbereich und nicht anlagengesteuert durchführbar.

Außerdem ist die Signalglättung wegen des /?C-GIiedes frequenzabhängig. Amplitudenkonstanz, Glättungsdauer und Frequenzauswahl sind darüber hinaus durch das zentrale RC-CYied miteinander verkoppelt.

Hierbei lassen sich jedoch ankopplungsbedingte Schwankungen von materialbedingten Schwankungen nicht trennen. Außerdem ist die Überwachungsstrecke der Senkrechteinschallung nicht mit der Prüfstrecke für Schrägeinschallung identisch. Auch der Einsatz dieses Verfahrens kann zur Verschlechterung der Prüfbedingungen führen.

Alle bisher bekannten Verfahren zur Ankopplung bzw. Funktionskontrolle arbeiten mit mindestens zwei getrennten Schwingern bzw. Köpfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Ultraschallanzeigestellen zu schaffen, mit dem die vorstehend dargelegten negativen Beeinflussungen der Ultraschall-Prüfung hervorgerufen durch Ankopplungsschwankungen, Einflüsse von Formechos, Beeinträchtigungen durch Gefügeunterschiede im Prüfbereich usw. weitestgehend ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. ,

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, auch Ultraschall-Anzeigen unterhalb der festen Ansprechschwelle in die Bewertung einzubeziehen. Parallel dazu ist eine bessere Bewertung durch eine differenzierte Klassifizierung der Ultraschall-Anzeigen möglich. Durch diese differenzierte Klassifizierung ist auch eine automatische Sortierung zwischen Störanzeigen und von Ungänzen herrührenden Anzeigen möglich; ferner kann die Prüfempfindlichkeit während tier Prüfung für die jeweilige Prüfstrecke weitgehend konstant gehalten und der Einfluß einer nicht zu dieser Prüfstrecke gehörenden Schallaufstrecke ausgeschaltet werden. Eine Nachregelung der Prüfempfindlichkeit ist nicht mehr erforderlich.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die bisher üblichen von den Prüftakten getrennten Ankopplungsund Funktionskontrolltakte nicht mehr erforderlich sind. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit einer Erhöhung der Prüftaktfolgefrequenz, da die Funktionskontrolle in jedem Prüftakt gleichzeitig mit der Anzeigenauswertung durchgeführt wird. Zusätzlich kann eine Störung in der Ankopplung oder Funktion dem verursachenden Prüfkopf direkt zugeordnet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Handnachprüfung entfallen; ferner wird eine Bewertung der Ultraschall-Prüfung von Schweißnähten ohne nachfolgende Röntgenprüfung ermöglicht.

Es ist auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren bei der Prüfung anderer, z. B. nichtmetallischer Werkstoffe anzuwenden.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Zeichnungen beigefügt.

In Figur 1 wird der Prüfkopf 1 in Pfeilrichtung parallel zur Schweißnaht 2 des Prüflings 3 geführt. Der Schallverlauf ist mit 4 bezeichnet.

Figur 2 zeigt die Hüllkurve des Ultraschall-Amplituden innerhalb der beispielsweise der Grundpegel 5 einer Prüfspur 6 mit Nullinie 7; ein Einzelstörimpuls 8; die Ultraschall-Anzeigen 9 und 10 sowie Schwankungen im Grundpegel 11,12 und 13 dargestellt sind.

Der zulässige Sicherheitsabstand für die feststehende Ansprechschwelle wird durch die Nullinie 7 und die Ansprechschwelle 14a gekennzeichnet. Die dynamische Ansprechschwelle 14c für die Anzeigenauswertung ergibt sich aus dem Mittelwert 146 und einem hinzugefügten konstanten Betrag. Die Ultraschall-Anzeige 10 wird nur bei Einsatz der dynamischen Ansprechschwelle 14c registriert, die Spitzen 11,12 und 13 des Grundpegels jedoch nicht, da sich die dynamische Ansprechschwelle 14c den Schwankungen des Grundpegels 5 anpaßt.

Die oberhalb der dynamischen Ansprechschwelle 14c liegenden Hüllkurven der Ultraschall-Anzeigen 9 und 10 werden durch die Länge 15 der Hüllkurvenbasislinie, das Hüllkurvenmaximum 16 und die von Hüllkurve und Basislinie gebildete Fläche 17 klassifiziert. Eine Funktionskontrolle der Prüffunktion im Prüftakt wird dadurch ermöglicht, daß der auch bei fehlerfreier Schweißnaht 2 vorhandene Grundpegel 5 im Falle einer Funktionsstörung taktweise unterhalb der festen Ansprechschwelle 14c/liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ). Verfahren zur automatischen Erkennung von Ultraschallanzeigen, welche bei der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, insbesondere bei der Prüfung von Schweißnähten, mit Hilfe der Impulsabtastung in die Fehlerbeurteilung einbezogen werden müssen, durch Einstellen einer Ansprechschwelle innerhalb eines Anzeigenerwartungsbereiches und durch gemeinsame Kontrolle auf Funktionstüchtigkeit der Prüfköpfe und einwandfreie Ankopplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle dem Grundpegel durch eine gleitende Mittelwertsbildung aus einer bestimmten Anzahl Einzelimpulsamplituden unter Hinzufügung eines is konstanten Betrages nachgeführt wird und daß zu einer Durchführung der Funktions- und Ankopp-Iungskontrolle innerhalb des jeweiligen Prüfaktes ermittelt wird, ob der Grundpegel oberhalb einer weiteren festen Ansprechschwelle liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig eine differenzierte Anzeigenklassifizierung erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwertsbildung und die Klassifizierung nach jedem Impuls durchgeführt wird.