DE2806550A1

DE2806550A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen ultraschallpruefung von rundmaterial

Info

Publication number: DE2806550A1
Application number: DE19782806550
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Moeller
Original assignee: DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE; KARL DEUTSCH PRUEF- und MESSGERAETEBAU
Current assignee: Karl Deutsch Pruef- und Messgeraetebau and Co K GmbH
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2806550C2

Description

Verfahren und Vorrichtuns zur automatischen Ultraschall-
Prüfung von Rundmaterial.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial, wie Rohren, Stangen und Ringen, im Impuls-Reflexions-Verfahren auf längs- und querorientierte Ungänzen, die am gesamten Prüflingsumfang nachzuweisen sind.
Bei der bekannten Durchführung dieser Prüfung werden ein oder mehrere Ultraschall-Prüfköpfe mit runden oder rechteckigen Schwingern eingesetzt, die entweder parallel zur Prüflingsachse oder auf den Prüflingsumfang verteilt angeordnet sind. Dabei wird entweder der Prüfling oder das Prüfkopf-System gedreht. Um die erforderliche gleichmäßige Prüfempfindlichkeit über den gesamten Prüflingsumfang zu erzielen, wird bei bisherigen Anlagen ein Impulsabstand von ca. 1 mm eingehalten.
Weiterhin ist die Drehzahl des Prüflings bzw. des Prüfkopf-Systems begrenzt durch die nicht beliebig schnell zu bewegenden Massen. Außerdem kann die Impulsfolgefrequenz jedes Prüfkopfes nicht größer sein als der Reziprokwert der zu bewertenden Schallaufzeit im Prüfling. Geht man z.B. davon aus, daß die praktisch zu realisierende Anregefrequenz eines Prüfkopfes 2 kHz ist, wenn sog. Phantom-Echos vermieden werden sollen, so lassen sich bei einer zu bewertenden Schallaufzeit von 50 As 10 Prüfköpfe seriell betreiben. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Prüfling ist damit auf 2 m/s begrenzt, wenn der Impulsabstand 1 mm nicht überschreiten soll. Bei einer effektiven Schallstrahlbreite von 6 mm parallel zur Prüflingsachse läßt sich demnach ein Vorschub von 60 mm/U realisieren. Das bedeutet, daß bei einem Prüfling mit einem Durchmesser von z.B. 50 mm die maximal erreichbare lineare Durchlaufgeschwindigkeit 38 m/min beträgt. Das entspricht nur einem Bruchteil der Produktionsgeschwindigkeit von Massenprodukten.
Um z.B. Produktionsgeschwindigkeiten von 5 m/s prüftechnisch bewältigen zu können, wären bei Durchführung der Prüfung mit den bekannten Systemen acht parallele Prüfanlagen erforderlich.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Systeme besteht auch noch darin, daß aufgrund der nicht vorhandenen idealen Geometrie der Prüflinge bezüglich Geradheit und Rundheit sowie durch die Einflüsse des Oberflächenzunders bei gewalztem Material sowohl die exakte Führung zwischen Prüfsystem und Prüfling als auch die Ankopplung immer problematischer wird, so daß auch aus diesen GRünden eine Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit kaum möglich ist.
Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die automatische Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial zu schaffen, welche(s) eine Steigerung der linearen Durchlaufgeschwindigkeit der Prüflinge um ein Vielfaches gestattet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling ohne Rotation in axialer Richtung durch mindestens ein um seinen Umfang herum erzeugtes Ultraschallfeld vorgeschoben wird, das in den Prüfling entlang eines Umfangs streifens eintritt und aus n gleichmäßig um den Prüflingsumfang herum verteilten Ultraschallbündeln besteht, von denen jedes so gebündelt ist, daß es über einen Abschnitt des Prüflingsumfanges unter annähernd gleichen Einschallbedingungen eintritt, dessen Ausdehnung in Umfangsrichtung des Prüflings größer ist als in axialer Richtung.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang/des ohne Umdrehung axial vorgeschobenen Prüflings n Prüfköpfe gleichmäßig verteilt angeordnet sind entlang eines zum Prüfling koaxialen-Kreises, deren Schwinger in Umfangsrichtung des Prüflings eine größere Ausdehnung haben als in axialer Richtung und die über einen Abschnitt L = U/i.n des Prüflingsumfanges annähernd gleiche Einschallbedingungen erzeugen, wobei L mindestens gleich der axialen Wirkbreite der Prüfköpfe ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Längsfehlerprüfung und Fig. 2 eine Anordnung zur Querfehlerprüfung, Fig. 3 veranschaulicht die Empfindlichkeitsverteilung über den Umfang des Prüflings und Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Prüfkopf-Führungseinheit.
Zur Erzeugung des Ultraschall feldes 1 sind Wandler 2, 3 in zum Prüfling koaxialer Kreisringanordnung gleichmäßig um den Prüflingsumfang herum verteilt angeordnet, und zwar in zwei, parallele Kreisringanordnungen bildenden Gruppen. Die Ausdehnung L der Wandler 2, 3 ist in Umfangsrichtung des Prüflings 4 größer als in axialer Richtung. Die Wandler 2, 3 werden im Zeitmuliplexverfahren seriell nacheinander oder seriell in parallelen Gruppen angeregt, wobei die Reihenfolge der einzelnen Wandler so festgelegt wird, daß keine akustische Beeinflussung benachbarter Wandler eintritt. Der Schall wird durch fokussierung in Umfangsrichtung so gebündelt, daß der Einfallwinkel über der Wandlerlänge annähernd konstant bleibt.
Bei einer Wandlerlänge von z.B. 15 mm ergibt sich an relevanten Fehlern im Prüfling eine effektive Schallstrahlausdehnung von ca. 10 mm bei einem noch zu tolerierenden Empfindlichkeitsabfall. Um eine gleichmäßige Empfindlichkeitscharakteristik 5 über den gesamten Prüflingsumfang zu erzielen, sind die Wandler 2, 3 in zwei parallelen Gruppen 6, 7 so angeordnet, daß die Wandler 2 der einen Gruppe 6 um eine halbe Schwingerteilung t/2 gegenüber den Wandlern 3 der anderen Gruppe 7 versetzt sind. Die Empfindlichkeitsminima der einen Wandlergruppe fallen demzufolge mit dem Empfindlichkeitsmaxima der anderen Wandlergruppe zusammen.
Bei der Längsfehlerprüfung (Fig. 1) werden die Wandler 2, 3 gegenüber dem Prüflingsradius in Umfangsrichtung so angestellt, daß der gewünschte Brechungswinkel im Prüfling erzeugt wird. Für die Querfehlerprüfung (Fig. 2) erfolgt die Anstellung der Wandler 2, 3 gegenüber dem Prüflingsradius in axialer Richtung so, daß der gewünschte Brechungswikel im Prüfling erreicht wird. Bei zusätzlicher Anstellung in Umfangsrichtung ist ein Nachweis von schrägverlaufenden Fehlern realisierbar.
Verteilt man in der vorstehend beschriebenen Weise z.B. 24 Wandler auf den Prüflingsumfang und legt eine zu bewertende Schallaufzeit von 50ps zugrunde, so benötigt man für die 100%-ige Abtastung des Umfangs eine Zeit von 1,2 ms. Bei einer effektiven Schallstrahlbreite von 6 mm parallel zur Prüflingsachse läßt sich damit eine lineare Durchlaufgeschwindigleit von 5 m/s, also von 300 m/min realisieren. Selbst wenn man diese Geschwindigkeit aus Gründen der Ankopplung auf 2 m/s begrenzen würde, betrüge die Durchlaufgeschwindigkeit immer noch ein Vielfaches derjenigen der bekannten Anlagen.
Eine Verbesserung der Empfindlichkeitsverteilung über den Umfang läßt sich gemäß Fig. 4 dadurch erreichen, daß die Wandler 2 der einen Gruppe 6 als Sender und jeweils zwei benachbarte Wandler 3 der anderen Gruppe 7 als Empfänger geschaltet werden. Der Übersichtlichkeit halber sind die Wandler in Fig. 3 in der Abwicklung dargestellt. Die Empfindlichkeitscharakteristik 5 nach Fig. 3 zeigt, daß sich für jeden Schwinger zwei Empfindlichkeitsmaxima ergeben und daß die Minima an der Tnennstelle zwischen zwei WAndlern liegen. Eine weitere Erhöhung der Prüfsicherheit wird dadurch erreicht, daß jeder Wandler beider GRuppen 6, 7 einmal als SEnder und zweimal als Empfänger geschaltet wird.
Die in Fig. 4 gezeigte Prüfkopf-Führungseinrichtung weist einen Prüfkopfträger 8 auf, der als zur Ankopplung dienende Wasserkammer ausgebildet ist, die durch auswechselbare Dichtungsringe 9 an beiden Seiten abgedichtet ist. Die zwecks Einstellung drehbar gelagerten Prüfköpfe 10 sind mit je einem Wandler 2, 3 aus~gerüstet, dem eine akustische Linse 11 zur Fokussierung des Schallfeldes vorgesetzt ist. Bei Verwendung gekrümmter Wandler erübrigt sich eine solche Linse. Die Prüfköpfe sind entweder einzeln oder über Stellglieder 12, 13, 14, 15, die auf dem Prüfkopfträger 8 gelagert sind, in Umfangsrichtung verstellbar.
Durch Auswechseln der dargestellten Prüfköpfe zur Längsfeldprüfung gegen Prüfköpfe mit zur Achse angestellten Winkeln läßt sich ohne weiteres ein Prüfkopfsystem für quer- oder schrägorientierte Fehler realisieren.

Claims

Ansprüche: i Verfahren zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial im Impuls-Reflex;ions-Verfahren auf längs- oder querorientierte Ungënzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (4) ohne Rotation in axialer Richtung durch mindestens ein um seinen Umfang herum erzeugtes Ultraschallfeld (1) vorgeschoben wird, das in den Prüfling (4) entlang eines Umfangsstreifens eintritt und aus n gleichmäßig um den Prüflingsumfang herum verteilten Ultraschall-Bündeln besteht, von denen jedes so gebündelt ist, das es über einen Abschnitt des Prüflingsumfanges unter annähernd gleichen Einschallbedingungen eintritt, dessen Ausdehnung in Umfangsrichtung des Prüflings (4) größer ist als in axialer Richtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Bündel in i ) 2 parallelen Gruppen (6, 7) so angeordnet sind, daß die eine Gruppe (6) bildenden Bündel gegenüber den die andere Gruppe (7) bildenden Bündeln um L/i gegeneinander versetzt sind.
3 Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang (U) des ohne Umdrehung axial vorgeschobenen Prüflings (4) n Prüfköpfe gleichmäßig verteilt angeordnet sind entlang eines zum Prüfling (4) koaxialen Kreises, deren Schwinger (2, 3) in Umfangsrichtung des Prüflings (4) eine größere Ausdehnung haben als in axialer Richtung und die über einen Abschnitt (L = U/i.n) des Prüflingsumfanges annähernd gleiche Einschallbedingungen erzeugen, der mindestens gleich der axialen Wirkbreite der Prüfköpfe ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß i >, 2 Gruppen (6, 7) von Prüfköpfen auf benachbarten Umfangslinien so angeordnet sind, daß die Abschnitte (L) der einen Gruppe gegenüber den Abschnitten (L) der anderen Gruppe in Umfangsrichtung um L/i versetzt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen (6, 7) in SE-Technik betrieben werden und daß jeweils ein Wandler der einen Gruppe als Sender und die beiden benachbarten Wandler der anderen Gruppe als Empfänger geschaltet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen (6, 7) in SE-Technik betrieben werden und daß jeder Wandler einer Gruppe einmal als Sender und jeder Wandler der anderen Gruppe zweimal als Empfänger geschaltet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen (6, 7) in SE-Technik betrieben werden und daß jeder Wandler der einen Gruppe einmal als Empfänger und jeder Wandler der anderen Gruppe zweimal als Sender geschaltet wird.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch fokussierende Vorsätze (11) vor den Wandlern (2, 3).
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger gekrümmt sind.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (lo) in Umfangsrichtung verstellbar angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (lo) in axialer Richtung verstellbar angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (lo) als Wasserkammer ausgebildet sind.