DE2824800A1

DE2824800A1 - Ultraschallpruefvorrichtung und verfahren und vorrichtung zur spurfuehrung und ortsaufzeichnung einer pruefsonde

Info

Publication number: DE2824800A1
Application number: DE19782824800
Authority: DE
Inventors: Jun Theodore Lytton Allen; Stephen Anthony Cerwin; Wayne Thomas Flach; Jerry Lee Jackson; William Donald Jolly
Original assignee: Southwest Research Institute SwRI
Current assignee: Southwest Research Institute SwRI
Priority date: 1977-06-09
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1979-02-01
Also published as: GB1599450A; DE2824800C2; FI74152C; SG59883G; FR2394095B1; US4160386A; SE447023B; JPS545486A; DK260378A; IT7849757A0; ES478458A1; MY8500083A; BE867864A; JPS627978B2; NL7806290A; ES470597A1; FI781697A; IT1105128B; HK57983A; FI74152B

Description

PATENTANWÄLTE Λ. GRÜNECKER

OPL-INCl

H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DR-INa AeE[CALTECHI

K. SCHUMANN

yi fit DaBERNATDfPl-PHYS.

' P. H. JAKOB

DlPLlNa

G. BEZOLD

DR RER. NAT- DH³L-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXiMlLlANSTRASSE

P 12 738

Ultraschallprüfvorrichtung und Verfahren und Vorrichtung zur Spurführung und Ortsaufzeichnung einer Prüfsonde

Die Erfindung betrifft die Ultraschallprüfung von Metallgegenständen, wie beispielsweise von Rohren, und insbesondere eine Ultraschallprüfvorrichtung einschliesslich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Spurführung und Ortsaufzeichnung einer Prüfsonde bezüglich eines festen Bezugspunktes oder Bezugsbereiches an dem geprüften Gegenstand. Die Erfindung betrifft weiterhin eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren unter Verwendung einer Handprüfsonde, die dazu benutzt wird, beispielsweise den Bereich zu prüfen, der unmittelbar neben der querverlaufenden Schweissnaht oder Stumpfschweissnaht liegt, die zwei Rohre zur Bildung einer Rohrleitung verbindet.

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TELEFON (OBO) 32 38 02 TELEX OB-SB SBO TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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Rohre für Rohrleitungen zum Transportieren von flüchtigen oder verunreinigenden Fluiden oder anderen Stoffen, die für die Umgebung der Rohrleitung potentiell gefährlich oder schädlich sind, werden im allgemeinen sorgfältig vor der Installation und der tatsächlichen Inbenutzungnahme überprüft. Bei dieser Überprüfung, die von Ultraschallwellen Gebrauch machen kann, werden die Wand der Rohre, die längs der Rohre verlaufende Schweissnaht und die querverlaufenden Schweissnähte oder Stumpfschweissnähte überprüft, die nebeneinander liegende Rohre zur Bildung einer Rohrleitung miteinander verbinden. Obwohl diese Überprüfungen notwendigerweise teuer und zeitraubend sind, sind sie notwendig, um den verschiedenen gesetzlichen Vorschriften und Verwaltungsbestimmungen bezüglich der Herstellung und der Installation derartiger Rohrleitungen zu genügen. Während der Installation einer Rohrleitung wird diese in manchen Fällen entweder in den Boden versenkt oder mit einer Isolation umwickelt, was die anschliessende und periodische Überprüfung der gesamten Rohrleitung schwierig macht. Bei manchen Installationen sind jedoch periodische Überprüfungen der Stumpfschweissnähte, die die Rohre zur Bildung der Rohrleitung miteinander verbinden, und der Bereiche unmittelbar neben den Stumpfschweissnähten erforderlich, wo die grösste Wahrscheinlichkeit besteht, dass aufgrund der Spannungen Fehler auftreten, die in diesem Bereich des Rohres während der Schweissvorgänge und der Handhabung der Rohre erzeugt wurden. Periodische Überprüfungen sind beispielsweise bei Rohrleitungen erforderlich, die bei über einen Atomkernreaktor angetriebenen elektrischen Kraftwerken und bei anderen Anlagen verwandt werden, die mit Atomkernreaktoren arbeiten, bei denen sehr wahrscheinlich für die Umgebung gefährliche Stoffe gehandhabt und transportiert werden müssen.

Die Stumpfschweissnaht selbst ist kreisförmig, im wesentlichen gleichmässig und ortsfest. Aus diesem Grunde sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die Stumpfschweissnaht automatisch zu überprüfen und für eine Spurführung und Aufzeichnung einer

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Information bezüglich der Stelle, an der sich die Prüfsonde befindet,und des Zustandes der Schweissnaht an irgendeinem Punkt längs der Schweissnaht und zu irgendeinem Zeitpunkt während der Prüfung zu sorgen. Die genaueste Möglichkeit, den Bereich unmittelbar neben der Stumpfschweissnaht , d.h. einen Bereich über etwa 15 cm auf beiden Seiten der Schweissnaht zu überprüfen, besteht darin, eine Handprüfsonde zu verwenden und diesen Bereich von einer erfahrenen Bedienungsperson von Hand aus zu überprüfen. Der Grund dafür liegt darin,

dass die Verwendung einer automatischen Überprüfung zur Prüfung dieses Bereiches im allgemeinen deshalb kompliziert ist, weil es gewöhnlich nötig ist, die Isolation abzulösen oder den zu prüfenden Bereich aufzugraben, so dass die Verwendung einer relativ platzraubenden Prüfausrüstung mit Motoren und Antriebsmechanismen, die für die automatische Arbeitsweise notwendig sind, schwierig ist. Es hat sich darüberhinaus nicht bestätigt, dass die automatische Prüfung so wirksam wie die von Hand aus erfolgende Überprüfung von einer erfahrenen Bedienungsperson ist, die langsam den Bereich potentieller Fehler mit besonderer Sorgfalt abtasten und überprüfen kann, was mit einer automatischen Prüfsonde schwieriger durchzuführen ist.

Eine der Schwierigkeiten bei der Verwendung einer Handprüfsonde, die im allgemeinen keiner vorgegebenen Bewegungsbahn folgt, besteht darin, eine Spurführungsinformation über die Stelle, an der sich die Sonde befindet, bezüglich eines festen Bezugspunktes, beispielsweise der Stumpfschweissnaht zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt während des Prüfvorganges zu liefern. Diese Information ist notwendig, damit es möglich ist, die Information bezüglich des Zustandes des Rohres mit der tatsächlichen Stelle zu korrelieren, an der dieser Zustand des Rohres auftritt. Für die Bedienungsperson ist es möglich, fortlaufend eine Ausgabevorrichtung, wie beispielsweise eine Aufzeichnung oder einen Bildschirm %u betrachten, die den Zustand

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des Rohres während der Überprüfung anzeigt, und von Hand aus den Prüfvorgang zu unterbrechen und die Stelle der Sonde am Rohr zu markieren, wenn ein problematischer Bereich angezeigt wird. Es ist jedoch in starkem Masse wünschenswerter, dass die Bedienungsperson ihre überprüfungsabtastung ohne eine Unterbrechung ausführen kann, und dass eine Spurführungsinformation zur Verfügung steht, die mit der Information bezüglich des Zustandes des Rohres korraliert wird und für eine spätere Untersuchung oder zum Vergleich automatisch aufgezeichnet wird. Obwohl eine Vielzahl von Vorrichtungen zum schrittweisen Bewegen und Anordnung einer Ultraschallsonde an einem Werkstück an einer gewünschten Stelle oder längs eines gewünschten Weges bekannt sind, ist kein Verfahren und keine Vorrichtung zum Bestimmen des Ortes einer Sonde bekannt, die willkürlich über ein Werkstück bewegt wird, um eine automatische und fortlaufende Aufzeichnung der Information bezüglich dieses Ortes zu liefern. Bezüglich der bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird auf die US-PSn 3 857 052, 3 690 311, 3 894 425, 3 233 449, 3 233 450, 3 960 006, 3 914 986, 3 762 496, 3 898 838, 3 895 685,3 924 452, 3 678 736, 3 135 109, 3 721 118, 3 005 335, 3 969 926, 2 989 865, 3 981 184, 3 086 390, 3 985 022 und 3 985 024 verwiesen.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spurführung und Aufzeichnung des relativen Ortes einer Prüfsonde bezüglich eines festen Bezugspunktes an einem geprüften Gegenstand, so dass die von Hand aus erfolgende Prüfung erfolgen kann, ohne dass es notwendig ist, dass die Bedienungsperson andauernd Markierungen anbringt und die Information über die Prüfung und die Spurführung während des Arbeitsvorganges miteinander in Wechselbeziehung bringt.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren geliefert werden, die gleichfalls eine Information bezüglich der Schräglage oder Winkelstellung der Prüfsonde liefern.

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Ziel der Erfindung ist weiterhin ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung, die bei einer automatischen Datenverarbeitungsanlage zum Speichern, Ausgeben und Korrelieren der Stelle, an der sich die Prüfsonde zu irgendeinem Zeitpunkt befindet, mit dem Zustand des geprüften Gegenstandes an dieser Stelle verwandt werden können.

Da nach der Installation die Prüfung der Stumpfschweissnaht und des daneben liegenden Bereiches an Ort und Stelle erfolgen muss und der um das Rohr herum zur Verfügung stehende Platz in manchen Fällen begrenzt sein kann, sollen durch die Erfindung weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung geliefert v/erden, die darüberhinaus einen ortsveränderlichen Einsatz, den Einsatz in entfernt liegenden und unzugänglichen Gebieten und einen Einsatz bei einem relativ begrenzten Platz ermöglichen.

Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass wenigstens eine Strahlungsquelle an der Prüfsonde oder in einer festen Beziehung zur Prüfsonde und wenigstens zwei getrennte Empfangseinrichtungen vorgesehen sind, die sich an einer bestimmten und bekannten Stelle bezüglich des zu prüfenden Bereiches oder unter einem festen und bekannten Abstand von einem bekannten Bezugspurkt am geprüften Gegenstand, beispielsweise von einer Schweissnaht befinden. In dieser Weise kann die Strahlungsquelle während der Prüfung beispielsweise mit einer festen Wiederholungsfrequenz während der Prüfung periodisch aktiviert werden und kann der Abstand von der Quelle zu jeder der Empfangseinrichtungen gemessen v/erden, um die Stelle, an der sich die Strahlungsquelle befindet, trigonometrisch zu messen.

Die Informationen bezüglich dieser Stelle der Sonde sowie die Ultraschallinformationen können fortlaufend an Ort und Stelle aufgezeichnet und zu einem späteren Zeitpunkt einem Digitalrechner eingegeben werden, um sie zu verarbeiten und zu korrelieren und dadurch eine bleibende und nützliche Aufzeichnung der Prüfung zu liefern.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Luftschallwellen durch zwei Funkenstreckensender erzeugt, die sich an den gegenüberliegenden Seiten oder in der Nähe der gegenüberliegenden Seiten der Prüfsonde befinden, um die Strahlungsenergiesignale für die Spurführung zu liefern. Die Empfangseinrichtung weist eine Gruppe von zwei oder mehr,vorzugsweise von sechs, Mikrofonen auf, die am geprüften Gegenstand in einem festen und bekannten Abstand von einem Bezugspunkt am Gegenstand, beispielsweise von der Stumpfschweissnaht, wobei die Stelle, an der sich die Mikrofone befinden, selbst der Bezugspunkt sein kann, angeordnet sind. Die Funkenstrecken werden abwechselnd und periodisch mit Impulsen versorgt und die sich daraus ergebenden Signale werden von jedem Mikrofon . aufgenommen. Es ist gleichfalls eine Einrichtung vorgesehen, die die relative Ankunftszeit der Spurführungssignale an jedem Mikrofon ab ihrer Erzeugung misst,und es wird die Ankunftszeit der beiden ersten Signale bestimmt und ermittelt, welches Mikrofonpaar die beiden ersten Signale empfangen hat. Diese Information wird dann an einer Anzeigevorrichtung ausgegeben und gleichfalls entweder in einer mechanischen Aufzeichnungsvorrichtung oder in einem Digitalrechner gespeichert. Die Ankunftszeit der empfangenen Information kann dazu benutzt werden, trigonometrisch den Abstand zwischen den aktiven Mikrofonen und der Funkenstrecke zu bestimmen, die die Spurführungssignale erzeugt, und somit den Abstand von der Funkenstrecke zur Schweissnaht oder einem anderen Bezugspunkt zu ermitteln. Diese Information, die fortlaufend erhalten und während des PrüfVorganges gespeichert wird, kann automatisch in Wechselbeziehung zu den Ultraschallinformationen gebracht werden, die zum selben Zeitpunkt erhalten werden.

Eine andere Möglichkeit der Erzeugung und des Empfanges der Spurführungssignale besteht in der Verwendung von optischen Spurführungssignalen. Natürlich können auch andere Arten von Strahlungsenergiesignalen verwandt werden.

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Die Vorrichtungen zur Signalerzeugung, zur Signalverarbeitung, zur Signalanzeige und zur Signalaufzeichnung, die erfindungsgemäss verwandt werden können, können in verschiedener Weise ausgebildet sein. Das trifft auch bezüglich der Ultraschalleinrichtung zu, die gemäss der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einer Ultraschallprüfvorrichtung zum Prüfen von Gegenständen, beispielsweise von Rohren, mit einer Ultraschallprüfsonde oder einem Sucher und üblichen Ultraschallwandlern und elektronischen. Einrichtungen, die zur Sonde gehören. Die Vorrichtung enthält gleichfalls eine Einrichtung zur fortlaufenden Spurführung und Aufzeichnung bezüglich eines Bezugspunktes oder Bezugsbereiches am zu prüfenden Gegenstand. Dazu weist die Prüfsonde eine oder mehrere Strahlungsquellen, die periodisch aktiviert wird bzw. werden, während die Sonde um den zu prüfenden Gegestand herum bex^egt wird ,und eine Vielzahl von Empfangseinrichtungen oder Mikrofonen auf, die sich in einer festen relativen Lage bezüglich des zu prüfenden Bereiches oder bezüglich eines bekannten Bezugspunktes in diesem Bereich,beispielsweise einer Schweissnaht, befinden. Die Stelle, an der sich die Sonde befindet, kann aus der Information ermittelt und aufgezeichnet werden, die durch den Empfang der Signale von der Strahlungsenergiequelle über zwei oder mehr Empfangseinrichtungen erhalten wird. Damit auch die Schräglage der Prüfsonde bezüglich der Mittellinie des Rohres, bestimmt werden kann, und der Messwertwandler der Sonde genauer in Stellung gebracht werden kann, können wenigstens zwei Strahlungsquellen an der Prüfsonde verwandt werden und können die jeweiligen Strahlungsquellen in verschiedenen Zeitintervallen aktiviert werden, um eine gegenseitige Störung zwischen den Spurführungssignalen von den jeweiligen Strahlungsquellen zu vermeiden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eine vollständige Ultraschallprüfvorrichtung einschliesslich der untergeordneten Vorrichtungen für die

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Ultraschallinformationen, für die Spurführungsinformationen, für die Signalanzeige, die Signalspeicherung und die Signalverarbeitung anhand der zugehörigen Zeichnung näher beschrieben :

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht zwei Rohr el entente, die über eine Stumpf schweissnaht miteinander verbunden sind, wobei ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung am Rohr angebracht ist.

Fig. 2 · zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung der Bauteile der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 4 zeigt ein Gesamtblockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Ultraschallprüfvorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der verschiedenen Geräteeinheiten, die bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung verwandt werden, um für eine vollständige Prüfung und Aufzeichnung an einem entfernt liegenden Ort zu sorgen.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ausbildung der vorderen Schalttafel eines Steuergerätes, das bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung verwandt wird.

Fig. 7 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das für eine Spurführung und für eine Aufzeichnung der Information über die Stelle sorgt, an der sich die Prüfsonde befindet»

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Fig. 8 zeigt schematisch die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung .

Fig. 9 zeigt schematisch die elektronischen Bauelemente, die bei der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung verwandt werden, um für die gewünschte Spurführung und Informationsaufzeichnung zu sorgen.

In Fig. 1 ist eine Rohrleitung P dargestellt, die aus zwei Rohrstücken P1 und P2 besteht, die an ihren Enden mit einer Stumpfschweissnaht W miteinander verbunden sind. Es soll ein Bereich A auf jeder Seite der Stumpfschweissnaht W überprüft werden, der beispielsweise eine Ausdehnung von etwa 15 cm auf beiden Seiten der Schweissnaht W haben kann. Um diesen Bereich zu prüfen, ist eine von Hand gehaltene Prüfsonde 10 vorgesehen, die einen Ultraschallsendewandler 11 enthält. Wie es allgemein bekannt ist, kann die Prüfsonde 10 getrennte Sende- und Empfangswandler enthalten, so dass Ultraschallwellen vom Sendewandler abgegeben werden und die von Fehlern oder anderen Unregelmässigkeiten kommenden,rückgestrahlten Ultraschallwellen durch die Empfangswandler empfangen werden. Wie es dargestellt ist, kann auch ein einziger Wandler sowohl als Sender als auch als Empfänger vorgesehen sein. Wie es allgemein, bekannt ist,, ist der Wandler 11 mit den notwendigen elektronischen Bauelementen verbunden, um die erforderlichen Ultraschallwellen zu erzeugen und die rückgestrahlten Signale aufzunehmen, wie es mehr im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist. Der Ultraschallprüfwandler und seine Instrumentierung können ira einzelnen in verschiedener Weise ausgebildet sein.

Um eine Information über den Ort, an dem sich die Sonde 10 während des Abtast- oder PrüfVorganges befindet, zu liefen, ist wenigstens eine Strahlungsquelle an der Sonde oder in einer festen Beziehung zur Sonde angebracht, um periodisch Spurführungssignale zu erzeugen, die aufgenommen und in eine Information bezüglich des Ortes der Sonde in Hinblick auf die Schweissnaht W übersetzt werden können. Wie es in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, sind vorzugsweise zwei Strahlungs-

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quellen 12 und 13, die von Funkenstrecken gebildet werden können und einen Luftschall erzeugen, an den gegenüberliegenden Seiten der Sonde 10 angebracht und im gleichen Abstand vom Wandler 11 angeordnet.

Jede der Funkenstrecken 12 und 13 kann über Impulse 12a und 13a aktiviert werden, die von einem Doppelimpulsgenerator 14 empfangen werden, um Luftschallwellen in der Nähe der Schweissnaht W auszusenden, die als Spurführungssignale dienen. Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbexspiel der Erfindung Funkenstrecken zum Erzeugen oder Aussenden der Luftwellen verwandt werden,, können zu diesem Zweck auch andere Arten von Strahlungsquellen benutzt werden. Beispielsweise können statt Luftwellen Ultraschalloberflächenwellen erzeugt werden oder können, wie es in Fig. 7 bis 9 dargestellt ist, optische Signale erzeugt und als Spurführungssignale gemäss der vorliegenden Erfindung verwandt werden. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Verwendung von Luftschallwellen als Spurführungssignale gegenüber der Verwendung von Oberflächenwellen bevorzugt ist, da die Luftschallwellen weniger von Störungen, die bei der Verwendung von Oberflächenwellen an der Grenzfläche zwischen dem zu prüfenden Material und den Empfangswandlern erzeugt werden, sowie von anderen Arten von Störungen beeinflusst werden. Oberflächenwellen können jedoch für die vorliegende Erfindung unter gewissen Umständen zweckmässig sein, ihre Verwendung ist jedoch weniger bevorzugt.

Die Funkenstrecken 12 und 13 können abwechselnd in einem Abstand von beispielsweise etwa 2 Millisekunden und mit einer Wiederholungsfrequenz von beispielsweise einem Impuls pro 100 Millisekunden für jede Funkenstrecke gezündet werden. Wenn jede Funkenstrecke zündet, erzeugt sie eine scharf ansteigende Luftwelle, die von einem Mikrofon oder einer ähnlichen Einrichtung aufgefangen werden kann.

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Zusätzlich zu den oben beschriebenen Strahlungsquellen sind erfindungsgemäss Empfangseinrichtungen erforderlich, um die Spurführungssignale von den Strahlungsquellen aufzunehmen und die davon erhaltene Information in eine Information zu übertragen, die proportional dem Abstand zwischen dem Wandler und einem festen Punkt ist oder diesen Abstand direkt angibt. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Stumpfschweissnaht W ein fester Bezugspunkt sein, so dass es zweckmässig ist, den Wandler in Längsrichtung der Rohrleitung P in einem Abstand bezüglich der Stumpfschweissnaht anzuordnen. Um weiterhin die Stelle des Wandlers in Umfangsrichtung der Rohrleitung genau festzulegen, ist es zweckmässig, ihn bezüglich eines Bezugspunktes in Umfangsrichtung des Rohres beispielsweise der längsverlaufenden Schweissnaht oder der Mittellinie des Rohres anzuordnen. Dabei ist es wesentlich, dass die Spurführungssignale und die daraus abgeleitete Information andauernd vorliegen und während des PrüfVorganges aufgezeichnet werden, selbst wenn die Bewegung der Sonde willkürlich ist.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Einrichtung zum Empfang der Spurführungssignale von den Funkenstrecken 12 und eine Vielzahl von Empfängern oder Mikrofonen M1 bis M6 auf, die auf einem Riemen oder Streifen 15 angebracht sind. Der Riemen 15 weist ein Band 16 zum Befestigen des Riemens 15 um die Rohrleitung herum auf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Anzahl und die Anordnung der Mikrofone kann beispielsweise derart sein, dass annähernd ein Drittel des Umfanges der Rohrleitung vom Riemen 15 überdeckt ist und dass der Rest des Umfanges der Rohrleitung von dem Band 16 umspannt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden sechs Mikrofone verwandt, es versteht sich jedoch, dass diese Anzahl variieren kann, solange soviele Mikrofone verwandt werden, dass sie dicht genug aneinander angeordnet werden können, um sicherzustellen, dass ein Spurführungssignal von einer der Funkenstrecken 12 oder 13 immer von wenigstens zwei

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Mikrofonen empfangen wird, gleichgültig, wo sich die Sonde 10 in dem Bereich A, der von Interesse ist, befindet. Die Mikrofone sollten andererseits in einem ausreichenden Abstand voneinander angeordnet sein , so dass sich die Ankunftszeiten irgendeines Signales von den Punkenstrecken 12 und 13 an allen Mikrofonen in ausreichendem Masse unterscheiden, damit es möglich ist, nur zwei Signale von der Gruppe von Mikrofonen MI bis M6 dazu zu verwanden, die Stelle dar jeweiligen Funkenstrecken zu bestimmen.

Wenn die Vorrichtung benutzt werden soll, wird der Riemen 15 in einem festen und bekannten Abstand von der Stumpfschweissnaht W an der Rohrleitung P angebracht. Wenn, wie es in Fig. dargestellt ist, die Funkenstrecke 13 aktiviert wird, wird sie Luftspurführungssignale, d.h. eine laufende Wellenfront aussenden, die diejenigen Signale sind, die jeweils von jedem der Mikrofone M1 bis M6 empfangen werden. Die Spurführungssignale sind in Fig. 3 durch die Strecken R1 bis R6 wiedergegeben. Jedes der Mikrofone M1 bis M6 steht mit einem Sechskanalempfänger 17 in Verbindung, der auch mit dem Doppelimpulsgenerator 14 verbunden ist, um ein Synchronsignal t vom Generator immer dann zu empfangen, wenn eine der Funkenstrecken 12 und 13 mit einem Impuls versorgt wird. Der Empfänger 17 weist gleichfalls eine Vielzahl von Laufzeitschaltungen auf, die die Zeit vom Empfang des Synchronsignals t bis zur Ankunft der ersten zwei empfangenen Spurführungssignale messen und AusgangsSignaIe T1, T2 und PRID für jede Funkenstrecke 12 und 13 liefern, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Ausgangssignal T1 der Laufzeitschaltungen entspricht der Laufzeit für das Mikrofon, das sich der Funkenstrecke am nächsten befindet, während das Ausgangssignal T2 die Laufzeit für das zweitnächste Mikrofon ist. Das Identifizierungssignal PRID identifiziert das Mikrofonpaar, das sich am nächsten an der Funkenstrecke befindet sowie die Reihenfolge ihrer Nähe zur Funkenstrecke.

Die Laufzeiten T1 und T2 werden dazu benutzt, den Abstand von der Funkunstrecke zu den Mikrofonen zu berechnen. Unter Verwendung

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dieser Abstände kann die Stelle der Funkenstrecke relativ zur Schweissnaht W gleichfalls berechnet werden. Die Genauigkeit dieser Berechnung hängt teilweise von der Genauigkeit ab, mit der die Mikrfone relativ zur Schweissnaht W angeordnet worden sind.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen GesamtanLaga, die entwickelt, hergestellt und getestet wurde, um sie mit einer Ultraschallanlage mit einer von Hand gehaltenen Prüfsonde zu verwenden. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, weist der Empfänger 17 einen Sechskanalverstärker 17a für akustische Signale auf und enthält die Laufzeitschaltung einen Detektor 17b für die Ankunftszeit. Signale, die über die Strecken R1 bis R6 gelaufen sind, werden somit verstärkt und zu dem Detektor 17b für die Ankunftszeit geleitet, der gleichfalls eine Spannungskomparatorschaltung, eine Kanalpaarwählschaltung und zwei Zeitanalogdigitalwandler 17c aufweist, von denen jeder eine Zählschaltung enthält.

Die Spannungskomparatorschaltung markiert die Ankunftszeit in dem Augenblick, in dem die verstärkte Signalspannung eine festgelegte Schwellenspannung überschreitet. Sobald zwei Ankunftszeiten markiert sind, werden alle anderen Kanäle gesperrt, wird das aktive Mikrofonpaar identifiziert und wird die Reihenfolge der Signalankunft gleichfalls aufgenommen. Diese beiden letzten Informationen bilden die PRID Daten (ein 4-Bitwort), die einem Anzeigefeld und einem Rechner zugeführt werden, wie es im Vorhergehenden erläutert wurde. Die Impulssignale ti und t2 sind die Ausgangssignale des Detektors 17b für die Ankunftszeit, die die Ankunftszeiten des ersten und zweiten Signals jeweils von den Mikrofonen M1 bis M6 angeben. Der Impuls t wird im Doppelimpulsgenerator 14 erzeugt und seine Vorderflanke fällt eng mit dem Zeitpunkt des Zündens einer Funkenstrecke zusammen. Die Zähler in den Zeitanalogdigitalwandlern 17c beginnen mit dem Zählvorgang beim

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Empfang des Impulses t . Der erste Zähler hält beim Empfang des Impulses ti an, während der zweite Zähler dann anhält, wenn er den Impuls t2 empfängt. Die Zähler sind vorzugsweise 8-stufige Binärzähler, die über einen Taktimpuls mit einer Periode von 3 Mikrosekunden angesteuert werden. Die Ausgangssignale dieser Zähler geben die Laufzeit des akustischen Impulses von der Funkenstrecke zu den beiden am nächsten gelegenen Mikrofonen wieder. Die Zeitdarstellungen sind folglich 8-Bitzahlen, bei denen das kleinste kennzeichnende Bit 3 Mikro Sekunden entspricht. Diese binären Zeitdarstellungen werden durch die Ausgangssignale T1 und T2 von den Wandlern 17c angezeigt, .wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Signale T1 und T2 werden in einem Datenanzeigevervielfacher 18 zeitvervielfacht, der mit den Ausgängen der Wandler 17c verbunden ist,und an einem Anzeigefeld 19 für die Ortsinformation unter Verwendung von Leuchtdiodenausgabeeinrichtungen 19a und 19b in Form von dreistelligen Oktalzahlen angezeigt. Die Ausgabeeinrichtung 19a zeigt die Ortsinformation für das erste empfangene Signal von den Mikronen M1 bis M3 an, während die Ausgabeeinrichtung 19b das zweite empfangene Signal anzeigt. Zusätzlich zur numerischen Anzeige der Signale T1 und T2 sind fünf Leuchtdiodenanzeiger 1, 2, 3, 4 und 5, die allgemein mit 19c bezeichnet sind, an dem Anzeigefeld 19 für die Ortsinformation vorgesehen, die angeben, welche zwei Mikrofone M1 bis M6 die ersten Mikrofone sind, die das akustische Spurführungssignal empfangen haben. Ein weiteres Leuchtdiodenanzeigeelement, das allgemein mit 19b bezeichnet ist, gibt an, welches der beiden Mikrofone M1 bis M2 das erste Signal empfangen hat.

Um eine rechnerabhängige Auswertung der empfangenen Ortsinformation und eine Berechnung des Ortes, an dem sich die jeweilen Funkenstreckenbefindet, zu ermöglichen, kann ein Analogrechner zur Verwendung bei der in Fig. 4 dargestellten Anlage vorgesehen sein oder können die Dat^n für eine spätere Verarbeitung

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in einem Analogrechner aufgezeichnet werden. Wenn der Rechner direkt angeschlossen ist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, können die Signale T1 und T2 über einen Digitalanalogwandler

20 in die analoge Form gebracht werden und einem derartigen Analogrechner 21 zugeführt werden. Das Signal PRID wird gleichfalls in den Analogrechner 21 eingegeben. Der Analogrechner

21 benutzt diese Eingangssignale, um die Koordinaten jeder Funkenstrecke 12 und 13 auszurechnen, die zur Identifizierung als L- und W-Koordinaten bezeichnet werden können. Die W-Koordinate gibt den senkrechten Abstand zwischen der Mittellinie der Schweissnaht W und der fraglichen Funkenstrecke wieder, während die Koordinate L den Abstand längs einer Linie parallel zur Mittellinie der Schweissnaht von einer festgelegten Bezugslinie zur Funkenstrecke wiedergibt. Die erzeugten Spannungen, die die Grosse der Koordinaten W und L wiedergeben, liegen an den Eingängen Y und X eines Oszillographen oder Speicheroszillographen 22, der mit dem Ausgang des Analogrechners 21 verbunden ist.

Wenn die Berechnung der gc?wünschten Koordinateninformation für beide runkenstrecken beendet ist, liefert der Analogrechner 21 einen Ausgabebefehl dom Speicheroszillographen 22, was diesen dazu bringt, einen Punkt auf seinem Schirm 23 anzuzeigen. Der Punkt wird auf dem Schirm bleiben, bis er durch das Drücken eines nicht dargestellten Löschknopfes an der Frontplatte des Oszillograplum gelöscht wird. Der Speicheroszillograph 22 ist so geeicht, dass eine feste Übereinstimmung zwischen den X-Y-Koordinaten des Schirmes 23 und den Koordinaten W-L der Schweissnaht besteht. Wenn eine weitere Ort^information durch die Anlage empfangen wird, wird die Lage der beiden Funkenstiecken am Schirm 23 angezeigt und wenn der Sucher bewegtwird, worden die Punkte über den Schirm gezogen, um diese Bewegung*wiederzugeben. Der Winkel der Schräglage des Suchers ist ohne weitere;:; ersichtlich und kann ziemlich gut von den lelativen Stollen der Punkte auf dem Schirm abgeschätzt werden.

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Wenn der Rechner nicht direkt angeschlossen ist, wie es im Obigen beschrieben wurde, können die Signale T1, T2 und PRID über eine Schnittstelle auf eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung übertragen werden, die die Ortsinformation für eine spätere Weiterverarbeitung und Berechnung zusammen mit der Ultraschall-Information speichert, die während des PrüfVorganges erzeugt wird.

Das untergeordnete Ultraschalldatensystem bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 4 dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einem herkömmlichen Ul trtischal !gerät 24, das auf die Rückstrahlsignal S anspricht, die vom Wandler 1 empfangen wurden,um eine Videoanzeige der Rückstrahlsignale an einem Bildschirm 25 zu liefern,und aus einer Einrichtung, die die Videosignale in eine Folge digitaler Zahlen umwandelt. Das Ultraschallgerät 24 kann gegenüber der herkömmlichen Ausbildung so abgewandelt werden, dass es eine geeignete Synchronisation zwischen dem Gerät und der DigitalisierungsschaLtung liefert und das empfangene Ultraschallausgangssignal puffert. Wenn der Ultraschallsender bereit ist, mit einem Impuls versorgt zu werden, liefert das Gerät 24 ein Betriebsbereitschaftssignal der Steuerschaltung 26 für den Ultraschalldigital.isierer, das alle Elemente des untergeordneten Digitalisierungssystems in Gang setzt und ein Synchronimpulssignal zum Ultraschallgerät rückführt. Beim Empfang des Synchronimpulses sendet das Ultraschallgerät ein Ultra.schal !signal aus und nimmt anschliossend die zurückkcinmenden RückstrahLsignale auf. Das von dienen Rückstrahlsignalen abgeleitete empfangene Ultraschallsignal wird zu e intim Analogdigitalwandlar 27 geleitet, deir mit dem Ausgang des Ul trarschal lgerä tos 2 1 verbunden ist. Eine gewisse gewählt« Zeit nach dem Aussenden d«>;.j Ul trasahall impulse?:; wird ein Hai t.e.'J ignal von einer dre; L¹J t uf igen Verzögerung;;i;ch.x I tang 28 dem An ilogdigita l'./andler 27 geliefert.. Diese:; Signal bf./irkt, du; ; der Analogdig Ha U.anül t»r 2 1 die Amplitude; d·.-■:; tnipf augumk'n Ul tt a.-K'h 11 1 '.ι ign.ile;;, dl.! .:n »J ic;: w.-i-i ZoH punk t voi bande ti U.t, t't f ι ; ;t und .;ie in ciiu! digit lic Z ih I uir-; inde 11 . V/f;nn dl; >·

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24800

Umwandlung vollendet int, wird die digitale Zahl als Information einem FIFO-Speicher 29 (E'irst-in-, First-out-Speicher) eingegeben, an dem auch ein Entladesignal· liegt, damit der FIFO-Speicher die Daten speichert.

Diese Abfolge der Datenerfassung folgt auf jeden Ultraschallimpuls. Zur ErLäutorung des in Fig. 4 dargestellten Au β früh rung:;-beispieis der Erfindung wird ein DattmerLassungszyk Iu.j alü eine feste Anzahl von Ultraschallimpulsen definiert, auf jeden von denen eine Abfolge von Datenerfassungen folgt. Bei der anfänglichen Abfolge der Datenerfassungen folgt das Hal tossignal dem Ultraschall impuls in einem Zeitintervall, das durch die Bedienungsperson des Gerätes über Zeitverzögerungswähler 10 in der Verzögerungsschaltimg 28 eingestellt wird. Bei jeder anschlLassendem Abfolge der Datenerfassungen wird das Zeitintervall zwischen dem Ultraschall impuls und dem Haltesignal automatisch um einen festen Betrag verlängert. Be ispielsv/oise bei der 10. Datenerfassungsabfolge ist das Intervall datier um neun Verlängerungsbuträge langer ^^ls bei der erstem Abfolge. Die Wiederholung der Datenerfassurigsabfolgo setzt sich fort, bis eine feste Anzahl von Abfolgen erre;icht ist. Diese Anzahl wird gleichfalls durch die Bedienungsperson über die Zeitverzögerungswähler 30 eingestellt. Bei dem in Fig. 4 darge;steilten Ausführungsbeispiel, das tatsächlich gebaut und geprüft wurde, wurde dor Zeiit ziu/achs auf 0,1 flikrosekandun gewählt, so dass dann, wo im die Bedienungsperson dem Zeitviirzögorungswähleu" H) so Gingest el 1 t hat, dass sich eine digital Lsierte {!pantie von 40 Mikrosekundcη esrgibt, die»:-jo Einstellung die Anzahl der Datemerfassung:;abf olg :m auf 100 festlegen würde. Für jedem Datenerfa.s;;un μ;.·./kl us wird d xher das enupfangene Ul trasc hai ls ignal. auf 100 Speiehorpl ät ;:e verteiLt und werden IOD n.'iUmwiirt.e in den FIi¹O ·ί!ρ«· icher ein-jegf b.-ti.

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BAD ORIGINAL

Der 128x8 FIFO-Speicher 29 akzeptiert Daten vom Analogdigitalwandler 27, bis er voll ist. Die Anzahl der Datenerfassungszyklen, die aufgenommen werden kann, hängt natürlich von der Anzahl der Speicherplätze pro Zyklus ab. Während der Entwicklung und Überprüfung des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wurden gewöhnlich zwei Zyklen aufgenommen . Nachdem der FIFO-Speicher voll ist, bleibt er im Ruhezustand, bis er einen Befehl zum Ausgeben der Daten empfängt, der von der Bedienungsperson über einen nicht dargestellten Schalter am Schaltpult ausgelöst wird. Der Befehl zum Ausgeben der Daten setzt den Datenausgabezyklus in Gang, bei dem der FIFO-Speicher alle seine Daten in einer Abfolge von 8 Bit-Bytes einem Digitalanalogwandler 21 liefert. Ein binärer 8-Bit-Zähler im Speicher 29 zählt die Datenbytes, während sie ausgegeben werden,und das digitale Ausgangssignal des Zählers liegt gleichfalls an Digitalanalogwandlern. Ein Wandler wandelt das Datenbyte in eine analoge Spannung um. Diese analoge Spannung tritt als Ausgangssignal Y des Digitalanalogwandlers auf. Ein cinderer Wandler wandelt das Ausgangssignal des Binärzählers in eine analoge Spannung um. Diese analoge Spannung tritt als Ausgangssignal X auf. Die Ausgangssignale X und Y der Digitalanalogwandler liegen an den entsprechenden Eingängen eines X-Y-Schreibers 32. Die digitalen Daten, die im FIFO-Speicher gespeichert sind, werden somit in eine analoge Anzeige umgewandelt. Diese Anzeige ist eine Rekonstruktion des empfangenen Ultraschal!signals, das digitalisiert und im FIFO-Speicher gespeichert wurde.

Bei der Verwendung der beschriebenen Ultraschill !prüf vorrichtung c"in Ort und Stelle kann es wünsrluinawert. sein, für eine direkt hui zeichnung der Ul t χ-aschall inf or mat lon für eine später« /vuisgabo und Verarbeitung zu sorgen, um die; Notwendigkeil zu vermeiden, zusätzliche Haidwaro-Einriohtungen an Ort und Stelle zu bringen. Im allgemeinen werdon die Bauteile innerhalb der gestricheltem Linie A in Fig. 4 an Ort und Stelle nicht benötigt,

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wenn irgendeine Vorrichtung zur dauerhaften Aufzeichnung verwandt wird, um die Ortsinformation und die Ultraschalldaten für eine spätere Verarbeitung zu speichern.

Fig. 5 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anlage zur Verwendung an Ort und Stelle, die eine Aufzeichnungsvorrichtung 40 zum Aufzeichnen der Ortsinformation und der Ultraschalldaten, die für eine spätere Verarbeitung erhalten werden, und eine HilfSortsanzeigevorrichtung 41 aufweist, die auf einem Bildschirm 42 die Ortsinformation anzeigt, die während des PrüfVorganges erhalten wird. Die Bauteile der in Fig'· 4 dargestellten Vorrichtung sind im übrigen in einer Baueinheit 43 enthalten, die die Ortsinformation an Äusgabeeinrichtungen 19a und 19b und die Ultraschalldaten am Bildschirm anzeigt.

Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Beispiel der Ausbildung der vorderen Gehäuseplatte 44 der Baueinheit 43, die dazu verwandt werden kann, die Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung zu steuern, die Ortsinformation anzuzeigen und gleichfalls für eine dauerhafte Aufzeichnung der verschiedenen Betriebsparameter zu sorgen, die jeder PrüfVorgang mit sich bringt. In dem Blockbereich 45 können Anzeigevorrichtungen 19a und 19b zusammen mit der Anzeigevorrichtung 19c zum Identifizieren des Mikrofonpaares vorgesehen sein. DieOrtszahlen für jeden der beiden Wandler, die in Fig. 6 mit L und W bezeichnet sind, können für die beiden Mikrofone angezeigt werden, die die beiden Spurführungssignale empfangen.

Die untere linke Ecke der Platte 44 ist zum Programmieren und zur Ausgabe der Parameterdaten, die programmiert werden können, auf ein Aufzeichnungsband vorgesehen, das eine dauerhafte Aufzeichnung der Prüfung liefert. Ein Parameterwählschalter 47 ist dazu vorgesehen, damit die verschiedenen Parameter der Prüfung einschliesslich eines Identifizierungscodes für die Bedienungsperson von Hand aus gewählt und gespeichert werden können. Daumenschalter 47a oder ähnliche Einrichtungen können

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dazu benutzt werden, die Parameterdaten zu programmieren. Der Einschubteil 48 an der unteren rechten Ecke der Platte 44 kann eine Vielzahl von Schaltern oder Steuerknöpfen zum Steuern der Ultraschallprüfbedingungen aufweisen.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem optische Signale als Spurführungssignale verwandt werden. Dazu ist wenigstens eine in alle Richtungen strahlende Infrarotleuchtdiode an der Ultraschallprüfsonde 110 fest angebracht. Vorzugsweise werden zwei derartige Dioden 112 und 113 verwandt, um die Schräglage oder den Neigungswinkel der Prüfsonde zu bestimmen. Um das Rohr herum sind auf einem Halteelement 115 gleichfalls mehrere optische Winkelmesseinrichtungen 114 angebracht, deren genaue Anzahl von der Grosse des Rohres und der Höhe der Leuchtdioden 112 und 113 über der Rohroberfläche abhängt. Jede dieser Vorrichtungen 114 kann den Einfallswinkel des Lichtes messen, das von jeder Leuchtdiode 112 und 113 ausgestrahlt wird. Die Ausgangssignale von zwei benachbarten Messeinrichtungen 114 können somit kombiniert und dazu verwandt werden,trigonometrisch die Lage der das Licht aussendenden Leuchtdiode und somit die Lage des Wandlers der Sonde 110 zu bestimmen.

Es können verschiedene Verfahren verwandt werden, um zu unterscheiden, welche Leuchtdiode bei einem System mit zwei Leuchtdioden erfasst wird. Es können Leuchtdioden, die Licht mit verschiedener optischer Wellenlänge ausstrahlen und passende Filter an den Empfängern verwandt werden, es können die Leuchtdioden mit zwei verschiedenen Frequenzen moduliert werden, wobei die Signale durch in passender Weise elektronisch abgestimmte Empfänger getrennt werden_yund vorzugsweise können die Leuchtdioden zeitlich so gesteuert werden, dass eine Leuchtdiode aufleuchtet, während die andere Leuchtdiode nicht aufleuchtet. Diese dritte Möglichkeit hat den speziellen Vorteil, dass derselbe optische Empfänger und derselbe elektronische Verstärker für beide Leuchtdioden verwandt werden können, wobei die Signale durch eine passende Zeitabstimmung der elektronischen

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Vs

Datenverarbeitsexnheit getrennt werden.

Das optische System, das bei der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung verwandt wird, ist in Fig. 8 schematisch derart dargestellt, dass es eine Infrarotlicht aussendende Diode 112, beispielsweise die Diode TIXl 16A von Texas Instruments aufweist, die bei einer Wellenlänge von 950 Nanometern über einen RauKiwinkelbereich von 2-7 eine Strahlungsenergie von annähernd 50 mW liefert.Ein Infrarotbandpassfilter 115 ist vor einer Linse 116 vorgesehen, um das sichtbare Zimmerlicht herauszufiltern. Eine 8 mm Projektorlinse 116 mit kurzer Brennweite, beispielsweise mit einer Brennweite von 19 mm und einem Blendenwert f/1,6 ist dazu vorgesehen, die Leuchtdiode auf den ortsempfindlichen Detektor 114 abzubilden. Jeder Detektor 114 ist vorzugsweise eine zweiaxiale Einheit, hergestellt von United Detector Technology Ser.Nr. SC-10 und liefert Vertikal- und Horizontalspannungen V1, V2, H1 und H2, die verarbeitet werden können, um die Vertikal- und Horizontalanteile des Einfallswinkels des Strahles von den Leuchtdioden 112 und 113 zu ermitteln.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Detektors ist in Fig. 9 dargestellt. Das Haupterfordernis für die elektronischen Schaltungen zur Signalverarbeitung besteht darin, dass die Einflüsse der Amplitude des auftreffenden optischen Strahles auf die Ortsmessung beseitigt werden. Da die Ausgangssignale des ortsempfindlichen Detektors sowohl eine Information über die Amplitude als auch über den Ort enthalten, muss der Amplitudenanteil für eine gültige Ortsmessung entfernt oder normiert werden. Das wird dadurch erreicht, dass eine präzise automatische Verstärkungsregelung verwandt wird, die auf elektronischem Wege dafür sorgt, dass die Summe aller Ausgangssignale des Ortsdetektors konstant bleibt. Bei konstant gehaltener Summe dieser Ausgangssignale wird der Unterschied zwischen den beiden vertikalen Signalen V1 und V2 und den beiden horizontalen Signalen H1 und H2 er-

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Ία

mittelt, um die Ortsspannung zu bekommen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Linearität des Ausgangssignales stark verbessert wird, wenn die Summierungs- und automatischen Verstärkungsregelungsvorgänge unabhängig an den vertikalen und horizontalen Ausgangssignalen ausgeführt werden. Verschiedene andere elektronische Verarbeitungstechniken einschliesslich derjenigen Techniken, die eine analoge Teilung durchführen, um den Amplitudenanteil· aus der Ortsinformation zu entfernen, arbeiten genau so gut. Bei dieser Methode wird im typischen Fall die Differenz durch die Summe geteilt, um effektiv den Amplitudenanteil zu normieren.

Während des Betriebes der optischen Spurführungsvorrxchtung von Fig. 7 wird jede Leuchtdiode 112 und 113 vorzugsweise im Niederfrequenzbereich, beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 200 Hz moduliert, um wechselstromgekoppelte aktiv abgestimmte Vorverstärker für die Ausgangssignale des Detektors verwenden zu können. Diese Technik setzt die Einflüsse der Umgebungsbeleuchtung herab und liefert gleichfalls die Möglichkeit zu filtern, um ein extrem reines Signal mit einem ausgezeichneten Signal/Rauschverhältnis von> 5OdB und einer hohen Stabilität zu erzeugen. Die Trägerfrequenz von 200 Hz wurde als zweckmässige Frequenz gewählt, die gut von jedem Vielfachen von 60 Hz entfernt liegt. Es kann jedoch irgendeine zweckmässige Frequenz von bis zu einigen zehn Kilohertz verwandt werden.

Alle Ausgangssignale V1, V2, H1 und H2 jedes Detektors 114 liegen an einem der vier Vorverstärker 117, die mit ihren Ausgängen mit einem Multiplexer 118 verbunden sind. Die Signale der vier Vorverstärker werden auf eine' gemeinsame: Leitung zeitvervielfacht und am X-Eingang eines analogen Vierquadrantenmultipüer 120 eingegeben. Das Ausgangssignal des Multipliers 120, das verstärkungsnormalisierte Signale enthält, liegt an einem Demultiplexer 121, der die vier Signale erfasst und trennt. Die Ausgangssignale des Demultiplexers 121 liefern

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vier Gleichspannungspegel, die in einem Summ^erungs- und Fehlerverstärker 122 summiert und mit einer festen Vergleichsspannung verglichen werden. Die erzeugte Fehlerspannung wird zum Y-Eingang des Analogmultipliers zurückgeführt, wodurch eine automatische Verstärkungsregelung mit geschlossenem Regelkreis bewirkt wird. Dieses Verfahren der gleichzeitigen Verstärkungsregelung einer Anzahl verschiedener Signale, d.h. Multiplex, Verstärkungsregelung, Demultiplex, hat den speziellen Vorteil, dass das Verstärkungsregeleleraent,in diesem Falle der Analogmultiplier, jedes Signal in genau derselben Weise unabhängig von den Übertragungseigenschaften des Verstärkungsregelelementes normalisiert.

Bei konstant gehaltener Summe wird der Unterschied zwischen den beiden horizontalen und den beiden vertikalen Gleichspannungsignalen in den Verstärkern 123 und 124 ermittelt, um die entsprechenden horizontalen und vertikalen Ausgangsspannungen 125 und 126 zu erhalten. Nicht dargestellte aktive Tiefpassfilter können mit den Ausgängen der Verstärker 123 und 124 verbunden sein, um ein hochfrequentes Rauschen herabzusetzen. Aufgrund der Verwendung der Abbildungslinse 116 vor dem Detektor 114 werden die Ausgangssignale der Verstärker 123 und 124 eine Funktion des Einfallswinkels der Lichtstrahlen von den Quellen 112 und 113 sein, so dass diese Information nach einer analogen Verarbeitung die Ortsinformation für jede Leuchtdiode 112 und 114 liefern kann, die für die endgültige Verarbeitung in einem Rechner digitalisiert werden kann.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das oben beschriebene Verfahren abzuwandeln. Beispielsweise können die Detektorköpfe entweder für planare Winkel oder komplexe oder zusammengesetzte Winkel empfindlich gemacht werden. Wenn der zu prüfende Bereich genau definiert ist und aus einer regelmässigen zylindrischen Fläche, beispielsweise einer Rohraussenflache besteht, ist ein

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Detektor für planare Winkel ausreichend, um zweifelsfrei den Ort des Wandlers festzulegen. Eine im allgemeinen stärker verwandte und kompliziertere Raumwinkeleinrichtung ist für unregelmässige oder Undefinierte Fläche erforderlich.

Die Anzahl der Detektoren 114, die erforderlich ist, um eine typische Anlage auszustatten, kann sich gleichfalls ändern. Es ist möglich, dass nur vier Detektoren im gleichen Abstand um das Rohr herum ausreichend sind, wobei acht Detektoren ein Beispiel für die Anzahl der verwandten Detektoren sind, obwohl auch mehr oder weniger Detektoren vorgesehen sein können. Die Einflussfaktoren für die Anzahl der erforderlichen Detektoren schliessen den maximalen Überdeckungsbereich für jeden Detektor, der eine Funktion des kleinsten Abstandes zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor ist, den Durchmesser des Rohres und die Höhe der Leuchtdioden über der Rohraussenflache ein.

Es gibt auch verschiedene Möglichkeiten, wie in der Praxis die Detektoren 114 am Rohr angebracht werden können. Eine Möglichkeit besteht darin, einen aufgespannten Riemen mit austauschbaren Verbindungsgliedern zu bilden. Dieser kettenartige Aufbau kann sich an Rohre verschiedener Grosse durch einen einfachen Austausch von Verbindungsgliedern verschiedener Länge anpassen, die für verschiedene Standardrohrdurchmesser vorgeschnitten sind. Die Detektoren sind dann an kurzen Verbindungsstücken angebracht, so dass sie mit beliebigen Abstandsstücken benutzt werden können. Diese Möglichkeit hat den Vorteil, dass der Abstand der Detektoren, um die Rohre heraum lediglich eine Funktion der vorgeschnittenen Verbindungsglieder ist und dass daher die Anordnung der Detektoren in einem Abstand voneinander sehr genau und wiederholbar mit einem minimalen Aufwand an Ausrichtung durch die Bedienungsperson erfolgen kann.

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Obwohl vorzugsweise die Strahlungsquelle oder die Strahlungsquellen in der Prüfsonde angeordnet sind, wie es in den Fig. 3 und 7 dargestellt ist, können auch zwei oder mehr Empfangseinrichtungen an der Sonde angebracht sein und kann die Strahlungsquelle oder können die Strahlungsquellen am Rohr in einem festen Abstand von der Schweissnaht oder einem anderen Bezugspunkt angeordnet sein- Diese Anordnung ist jedoch weniger bevorzugt, obwohl sie zufriedenstellend arbeitet, '<as Untersuchungen gezeigt haben, bei denen Oberflächenwellen als Spurführungssignale verwandt wurden.

Aus dem Obigen ergibt sich, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung für die Erzeugung einer genauen Ortsinformation sorgt, die den Ort der Prüfsonde zu jedem Zeitpunkt während des PrüfVorganges identifiziert, um diese Information weiterzuverarbeiten und aufzuzeichnen, wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung während des Prüfvorganges an Ort und Stelle verwandt werden kann. Die erhaltene Information kann auch für eine anschliessende Verwendung in einer Datenverarbeitungsanlage geliefert werden, die die Ultraschallprüfdaten analysiert.

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Leerseite

Claims

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H. KINKELDEY

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G. BEZOLD

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8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

6 . Ju-I 1978 PH 12 738

Southwest Research Institute

6220 Culebra Road, San Antonio, Bexar County, Texas 78284-, USA

Ultraschallprüfvorrichtung und Verfahren und Vorrichtung zur Spurführung und Ortsaufzeichnung einer Prüfsonde

PATENTANSPRÜCHE

•f, Ul traschallprüf vorrichtung zur willkürlichen Prüfung längs der Oberfläche eines Gegenstandes mit einer Prüfsonde mit wenigstens einem Ultraschallwandler, mit einer Einrichtung zur periodischen Impulsversorgung des Wandlers, damit dieser Ultraschallwellen aussendet, und mit einer Ultraschallsignalempfangs- und Verarbeitungseinrichtung, die eine Einrichtung aufweist, die die rückgestrahlten Signale vom zu prüfenden Gegenstand empfängt und auf die empfangenen rückgestrahlten Signale anspricht, um eine brauchbare Information bezüglich

telefon (öse) asaoea telex oc-aeseo Telegramme monapat telekopierer ^λ

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ORIGINAL JNSPECTED

des Zustandes des Gegenstandes im geprüften Bereich zu liefern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Spurführungsinformation liefert, wo sich die Prüfsonde an verschiedenen und willkürlichen Stellen am Gegenstand bezüglich eines festen Bezugspunktes am Gegenstand befindet, wobei diese Vorrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle (12, 13, 112, 113), die in einem bekannten Abstand von einem der Wandler (11) oder von festen Bezugspunkten angeordnet ist, um während des Prüfvorganges eine Vielzahl von Spurführungssignalen zu liefern, wenigstens zwei Signalempfangseinrichtungen (Mi'bis M6, 114), die in einem bekannten Abstand von einem der festen Bezugspunkte des Wandlers (11) und so zueinander angeordnet sind, dass der Abstand von der Strahlungsquelle (12, 13, 112, 113) zu jeder Empfangseinrichtung (M1 bis M6, 114) ermittelt und dazu verwandt werden kann, den Ort der Strahlungsquelle (12, 13, 112, 113) bezüglich der Empfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114) zu bestimmen, und eine Einrichtung aufweist, die so geschaltet ist, dass sie Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114) empfängt und auf die empfangenen Spurführungssignale' ansprechend Ausgangssignale liefert, die die ermittelten Abstände angeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsquelle (12, 13) Luftschallsignale erzeugt und dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6^ empfängt, die Laufzeit der Luftschallsignale von der Strahlungsquelle (12, 13) zu jeder Empfangseinrichtung (M1 bis M6) ermittelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsquelle (112, 113) optische Signale erzeugt und dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (114) empfängt, den Einfallswinkel der erzeugten optischen Signale ermittelt.

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ORIGINAL INSPECTED

"³" 23 2 4 3

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Strahlungsquellen (12, 13, 112, 113) vorgesehen sind, die an gegenüberliegenden Seiten der Prüfsonde (10, 110) angebracht sind, so dass die Winkelorientierung der Prüfsonde (10, 110) bestimmt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strahlungsquelle (12, 13) ein Funkenstreckensender ist, der Luftschallsignale erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strahlungsquelle (112, 113) ein Leuchtdiode ist, die optische Signale erzeugt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Signalempfangseinrichtung (M1 bis M6) ein Mikrofon ist, und dass weiterhin eine Einrichtung (15, 16) zum Anbringen einer Vielzahl von Mikrofonen (M1 bis M6) am zu prüfenden Gegenstand unter dem bekannten Abstand vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der zu prüfende Gegenstand eine Rohrleitung (P) ist, und dass der feste Bezugspunkt eine Stumpfschweissnaht (W) an der Rohrleitung (P) ist, und dass die Einrichtung (15, 16) zum Anbringen der Mikrofone ein Riemen (15) ist, der die Rohrleitung (P) umschliessen kann, wobei die Mikrofone (M1 bis M6) am Riemen (15) so angebracht sind, dass jedes Mikrofon (M1 bis M6) im gleichen Abstand von dem benachbarten Mikrofon angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtungen lichtempfindliche Detektoren (114) sind, die im Abstand voneinander am zu prüfenden Gegenstand angebracht sind.

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0O. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6) empfängt, eine Einrichtung (17) aufweist, die die zwei Empfangseinrichtungen ermittelt, die sich der Strahlungsquelle (12, 13) am nächsten befinden_/und die ein Ausgangssignal erzeugt, das das Paar der so identifizierten Empfangseinrichtungen wiedergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6) empfängt, eine Einrichtung (17) aufweist, die die zwei Empfangseinrichtungen ermittelt, die sich am nächsten an der Strahlungsquelle (12, 13) befinden, und die ein Ausgangssignal liefert, das das Paar der in dieser Weise identifizierten Empfangsrichtungen wiedergibt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 19, 20, 21, 22), die auf die Ausgangssignale anspricht und für eine Speicherung und Anzeige der Daten sorgt, die die relative Lage der Sonde (10, 110) an einem gewählten Punkt zu einem Zeitpunkt während des PrüfVorganges wiedergeben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (17c) , die jedes der Ausgangssignale mit einer digitalen Zahl in Verbindung bringt, und eine Einrichtung (19) vorgesehen sind, die die digitalen Zahlen anzeigt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (114) empfängt, eine automatische Verstärkungsregelung (112) aufweist, die die Ausgangssignale so verarbeitet, dass der Amplitudenanteil aus den empfangenen optischen Signalen entfernt wird, t>o dass ilr.e sich ergebenden Signale nur den Einfallswinkel der optischen Signale wiedergeben .

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15.J Vorrichtung zur Spurführung und Aufzeichnung zur Verwendung als untergeordnetes System einer Prüfvorrichtung, di^e eine Information liefert, die die relative Lage einer Prüfsonde bezüglich eines festen Bezugspunktes eines zu prüfenden Gegenstand angibt, gekennzeichnet durch wenigstens eine Strahlungsquelle (12, 13, 112, 113), die in einer bekannten Beziehung zur Prüfsonde (10, 110) angebracht werden kann, eine Einrichtung, die bewirkt, dass die Strahlungsenergiequelle (12, 13, 112, 113) eine Vielzahl von Spurführungssignalen liefert, wenigstens zwei Signalempfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114), die in einer bekannten Beziehung zu einem festen Bezugspunkt am zu prüfenden Gegenstand angebracht werden können und Spurführungssignale von der Strahlungsenergiequelle (12, 13, 112, 123) empfangen, wobei die Empfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114) zueinander so angeordnet sind, dass die Laufzeit der Spurführungssignale zu jeder Empfangseinrichtung (M1 bis M6, 114) ermittelt und dazu verwandt werden kann, den Ort der Strahlungsenergiequelle (12, 13, 112, 113) bezüglich der Empfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114) zu bestimmen,und durch eine Einrichtung, die so geschaltet ist, dass sie die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6, 114) empfängt und den relativen Abstand der Strahlungsquelle (12, 13, 112,· 113) zu wenigstens zwei Empfangseinrichtungen ermittelt und Ausgangssignale liefert, die die ermittelten Abstände angeben.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12, 13) Luftschallsignale erzeugt und dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale von den Empfangseinrichtungen (M1 bis M6) empfängt, die Laufzeit der Luftschallsignale von der Strahlungsquelle (12, 13) zu jeder Empfangseinrichtung (M1 bis M6) ermittelt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsquelle (112, 113) optische Signale erzeugt und dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale der Empfangseinrichtungen (114) empfängt, den Ein-

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fallswinkel der erzeugten optischen Signale ermittelt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Strahlungsquellen (12, 13, 112, 113) vorgesehen sind, die an gegenüberliegenden Seiten der Prüfsonde (10, 110) so angebracht sind, dass die Winkelorientierung der Prüfsonde (10, 110) bestimmt werden kann.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass jede Strahlungsquelle (12, 13) ein Funkenstreckensender ist, der Luftschallsignale erzeugt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass jede Strahlungsquelle (112, 113) eine Leuchtdiode ist, die optische Signale erzeugt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , dass jede Signalempfangseinrichtung (M1 bis M6) ein Mikrofon ist, und dass weiterhin eine Einrichtung (15, 16) zum Anbringen einer Vielzahl von Mikrofonen (M1 bis M6) am zu prüfenden Gegenstand unter dem bekannten Abstand vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass der zu prüfende Gegenstand eine Rohrleitung (P) ist, dass der feste Bezugspunkt eine Stumpfschweissnaht (W) an der Rohrleitung (P) ist, dass die Einrichtung (15, 16) zum Anbringen der Mikrofone ein Riemen (15) ist, der die Rohrleitung (P) umschliessen kann, und dass die Mikrofone (M1 bis M6) so am Riemen (15) angebracht sind, dass jedes Mikrofon (M1 bis M6) im gleichen Abstand von den benachbarten Mikrofonen liegt.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtungen lichtempfindliche Detektoren (114) sind, die im Abstand voneinander am zu prüfenden Gegenstand angebracht sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale der Empfangseinrichtungen (M1 bis M6) empfängt, eine Einrichtung (17) aufweist, die ermittelt, welche beiden Empfangseinrichtungen sich am nächsten an der Strahlungsquelle (12, 13) befinden ,und die ein Ausgangssignal liefert, das das in dieser Weise identifizierte Paar von Empfangseinrichtungen wiedergibt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale der Empfangseinrichtungen (M1 bis M6) empfängt, eine Einrichtung (17) aufweist, die ermittelt, welche beiden Empfangseinrichtungen sich am nächsten an der Strahlungsquelle (12, 13) befinden,und die ein Ausgangssignal liefert, das das in dieser Weise identifizierte Paar von Empfangseinrichtungen wiedergibt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 19,20, 21,22), die auf die Ausgangssignale anspricht und für eine Speicherung und Anzeige der Daten sorgt, die den relativen Ort der Sonde (10, 110) an einem gewählten Punkt zu einem Zeitpunkt während des PrüfVorganges wiedergeben.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (17c), die mit jedem Ausgangssignal eine digitale Zahl in Verbindung bringt, und eine Einrichtung (19) zum Anzeigen der digitalen Zahlen vorgesehen sind.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die die Ausgangssignale der Empfangseinrichtungen (114) empfängt, eine Einrichtung (120) zur automatischen Verstärkungsregelung aufweist, um die Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass der Amplitudenanteil aus den empfangenen optischen Signalen entfernt wird, so dass die resultierenden Signale nur den Einfallswinkel der optischen Signale wiadergeben.

29. Verfahren zur Spurführung und Aufzeichnung des Ortes einer willkürlich in Stellung gebrachten Prüfsonde für die Prüfung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet , dass gleichzeitig eine Vielzahl von Spurführungssignalen von einer Strahlungsquelle erzeugt wird, die in einer festen Beziehung zu der in Stellung gebrachten Sonde angeordnet ist, dass wenigstens zwei der Spurführungssignale in Empfangseinrichtungen erfasst werden, die eine bekannte relative Lage zu dem zu prüfenden Gegenstand haben, dass der Abstand von der Strahlungsquelle zu jeder der beiden Empfangseinrichtungen bestimmt wird und dass die erhaltene Information über den Abstand dazu verwandt wird, den Ort der Strahlungsquelle gegenüber der Empfangseinrichtung zu bestimmen.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsquelle Luftschallsignale erzeugt, und dass der Abstand von der Strahlungsquelle zur Empfangseinrichtung dadurch bestimmt wird, dass die Laufzeit der Luftschallsignale von der Strahlungsquelle zu jeder Empfangseinrichtung ermittelt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle optische Signale erzeugt und dass bei der Bestimmung des Abstandes von der Strahlungsquelle zur Empfangseinrichtung der Einfallswinkel der erzeugten optischen Signale ermittelt wird.

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32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch g e k e η η zeichne.t , dass zwei Strahlungsquellen verwandt werden, die an gegenüberliegenden Seiten der Prüfsonde so angeordnet sind, dass die Winkelorientierung der Prüfsonde bestimmt werden kann.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , dass als Strahlungsquellen Funkanstreckensender verwandt werden, die Luftschallsignale erzeugen.

34. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , dass als Strahlungsquellen Leuchtdioden verwandt werden, die optische Signale erzeugen.

35. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , dass der zu prüfende Gegenstand eine Rohrleitung ist und dass als bekannte Beziehung zwischen der Empfangseinrichtung und dem zu prüfenden Gegenstand der Abstand von der Empfangseinrichtung zu einer Stumpfschweissnaht der Rohrleitung herangezogen wird.

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