DE3008924A1 - Verfahren zur automatischen einstellung einer vielzahl gleichartiger messkanaele von ultraschallanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Einstellung einer Vielzahl gleichartiger Meßkanäle von Ultraschallanlagen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren oder Stangen auf gleiche Empfindlichkeit mit Hilfe eines Testfehler enthaltenden Teststücks.

Ein Verfahren der vorstehend erwähnten Art ist beispielsweise aus der DE-AS 19 10 750 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die abzugleichenden Meßkanäle jeweils einzeln und nacheinander eingeschaltet und mit Hilfe eines Testfehler aufweisenden Rohres abgeglichen. Dazu wird bei ruhendem Testrohr das jeweils gemessene Signal mit einem Bezugssignal verglichen und bei Abweichung der beiden Signale ein in dem Empfangszweig enthaltenes regelbares Dämpfungsglied so eingestellt, daß der jeweilige Meßkanal die gewünschte Empfindlichkeit aufweist.

Voraussetzung bei diesem bekannten Verfahren ist, daß das Empfangssignal für die Dauer des jeweiligen Meßkanalabgleiches als konstanter Wert vorliegt. Man muß daher zunächst das Rohr oder den Prüfkopf so lange drehen, bis ein entsprechendes Meßsignal ermittelt werden kann. Anschließend erfolgt dann der Empfindlichkeitsabgleich. Besonders bei einem Abgleich von Rohren mit großem Durchmesser und dicker Wandstärke ist dieses sehr aufwendig und führt zu einer relativ langen Justierzeit sowie zu relativ ungenauen Meßergebnissen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem ein möglichst schneller und automatischer Empfindlichkeitsabgleich möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des neuen Verfahrens werden im folgenden mit Hilfe einer Figur anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.

Die Figur zeigt 3 US-Prüfköpfe Pk[tief]1 bis Pk[tief]3, die alle im Impuls-Echobetrieb arbeiten sollen. Aus Gründen einer besseren Anschaulichkeit wurde nur der Prüfkopf Pk[tief]1 zusammen mit einem im folgenden näher beschriebenen Meßkanal dargestellt. Die beiden anderen Prüfköpfe sind mit entsprechenden Meßkanälen verbunden.

Nach dem Einlegen eines mit Testfehler versehenen Rohres 1 (Teststück) werden bei rotierendem Rohr - oder bei ruhendem Rohr und rotierenden Prüfköpfen - die US-Prüfköpfe Pk[tief]1 bis Pk[tief]3 durch elektrische Sendeimpulse angeregt. Hierzu dient für den Prüfkopf Pk[tief]1 ein Sender 2, der mit einer Impulsfolgefrequenz IFF dem Prüfkopf Pk[tief]1 (z.B. pro Umdrehung 360) Impulse liefert. Das von dem Prüfkopf ausgehende US-Signal wird an Materialfehlern 12 und an der äußeren Begrenzungsfläche des Rohres 1 reflektiert und gelangt wiederum in den Prüfkopf Pk[tief]1, wird dort in elektrische (Echo-)Signale umgewandelt und diese über einen Verstärker 3 einem Analog/Digital-(A/D-)Wandler 4 zugeführt. Der A/D-Wandler 4 digitalisiert alle analogen Echosignale, die in einen durch eine Blendenschaltung 83 vorbestimmten Fehlererwartungsbereich fallen.

Da bei der Rohrprüfung vor allem Fehler in der Nähe der Rohrinnen- bzw. Rohraußenseite gemessen werden sollen, wird der Fehlererwartungsbereich durch die Blendenschaltung 83 derart vorgegeben, daß nur Echosignale dieser Testfehler digitalisiert werden. Die entsprechenden Signale werden dann jeweils in einem Speicher 6 für Innenfehler bzw. einem Speicher 7 für Außenfehler abgelegt. Bei den Speichern 6 und 7 handelt es sich um Maximalwertspeicher, d.h. es werden nur die pro Rohrumdrehung maximal auftretenden Echosignale gespeichert. Nach einer Rohrumdrehung wird zum einen der nächste Prüfkopf Pk[tief]2 erregt und zum anderen der Inhalt der Speicher 6 und 7 in den Hauptspeicher 81 der Auswerteeinheit 8 übertragen.

Nachdem für alle drei Kanäle die entsprechenden digitalen Werte für die Innen- und Außentestfehler ermittelt und in den Hauptspeicher 81 übertragen wurden, wird beispielsweise mit Hilfe eines Rechners 82 die Grundempfindlichkeit der Meßkanäle bestimmt und dann die einzelnen Meßkanäle etwa durch Veränderung der Verstärkung des Verstärkers 3 auf diese vorgegebene Grundempfindlichkeit automatisch eingestellt.

Die Ermittlung der Grundempfindlichkeit kann wahlweise durch unterschiedliche Kriterien festgelegt sein; etwa durch Ermittlung des arithmetischen Mittelwertes. Ergeben sich also für Innenfehler die Speicherwerte 20, 24, 22, so wird die Grundempfindlichkeit mit 22 festgelegt, d.h. die Verstärkung des mit dem Prüfkopf Pk[tief]3 verbundenen Meßkanals bleibt unverändert, während die des ersten entsprechend der Differenz (22-20) erhöht und die des zweiten Meßkanals entsprechend der Differenz (24-22) erniedrigt wird. Die Empfindlichkeitseinstellung kann statt durch direkte Veränderung der Verstärkung auch mit Hilfe eines Dämpfungsgliedes erfolgen (vgl. hierzu die DE-AS 19 10 750).

Die Festlegung der Grundempfindlichkeit der Meßkanäle kann vorzugsweise auch so vorgenommen werden, daß von den 3 Meßwerten der jeweils minimale Wert verwendet wird. In obigem

Beispiel würde dann die Verstärkung des ersten Meßkanals unverändert bleiben, während die Verstärkung des 2. Meßkanals entsprechend der Differenz (24-20) und die Verstärkung des 3. Meßkanals entsprechend der Differenz (22-20) verringert werden müßte.

Anstatt die mit Hilfe des Rechners 82 berechnete Verstärkungsdifferenz in ein Stellsignal zur Korrektur der Verstärkung umzuwandeln, kann vorzugsweise auch so vorgegangen werden, daß die Verstärkung der einzelnen Meßkanäle unverändert bleibt, und daß lediglich die ermittelten Korrekturwerte in dem Speicher 81 gespeichert werden. Bei der anschließenden Rohrprüfung mit unbekannten Außen- und Innenfehlern wird dann zu dem tatsächlich gemessenen Fehlersignalwert der für den entsprechenden Meßkanal ermittelte Korrekturwert addiert, was beispielsweise mit Hilfe des Rechners 82 erfolgen kann.

Die Festlegung der Blendenlage kann beispielsweise mit Hilfe einer Laufzeitmeßeinrichtung 5 erfolgen. Mit dieser Meßeinrichtung werden vor dem eigentlichen Empfindlichkeitsabgleich die Laufzeiten t[tief]I und t[tief]A für die Innen- und Außenfehler bestimmt. Diese Laufzeiten bilden die Blendenmitte. In der Blendenerzeugungseinheit 83 wird dann eine für die Breite der Blende charakteristische Konstante mit den erwähnten Laufzeiten verknüpft, d.h. es werden die Intervalle t[tief]I +/- C und t[tief]A +/- C gebildet. Die Konstante C ist u.a. eine Funktion der Wandstärke d des Rohres und kann z.B. gleich d/2 gewählt werden.

Die Blendenwerte sind in dem Speicher 53 gespeichert und liegen bei dem Empfindlichkeitsabgleich zeitrichtig an dem A/D-Wandler 4.

Um ein zeit- und taktgerechtes Arbeiten des beschriebenen Verfahrens zu gewährleisten, ist eine Einheit 9 zur Taktsteuerung vorgesehen, die ihrerseits mit einem Taktgenerator 10 verbunden ist. Mit S[tief]1 ist das Freigabesignal für die Innenfehler-

Amplitudenmessung und mit S[tief]2 das Freigabesignal für die Außenfehler-Amplitudenmessung bezeichnet worden, während S[tief]3 das Freigabesignal für die Innenfehler-Laufzeitmessung und S[tief]4 das Freigabesignal für die Außenfehler-Laufzeitmessung bedeuten. Die Freigabesignale für den Sender 2 und die Auswerteeinheit 8 wurden mit S[tief]6 und S[tief]7 bezeichnet. Mit der Anzeige-Einheit 11 können die Meßwerte kontrolliert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Prüfempfindlichkeit der einzelnen Meßkanäle - d.h. die Mindestempfindlichkeit, damit überhaupt ein Signal als Fehlersignal angezeigt wird - in Abhängigkeit zur Grundempfindlichkeit festgelegt wird. Dazu wird der die Prüfempfindlichkeit definierende Schwellwert entsprechend einer Änderung der Grundempfindlichkeit nachgeregelt.

Bewährt hat sich auch, den Empfindlichkeitsabgleich bei sich in Längsrichtung automatisch bewegendem Teststück 1 vorzunehmen; insbesondere wenn in Längsrichtung nur 1 Testfehler 12 vorgesehen ist, weil dann die u.U. zeitaufwendige Verschiebung des Teststückes in Längsrichtung per Hand entfallen kann. Zur automatischen Positionserkennung weist das Teststück in diesem Fall in Fig. 1 nur schematisch angedeutete Signalpunkte 13 auf. Hierbei kann es sich etwa um optische oder magnetische Markierungen handeln, die von einem entsprechenden Abtastglied 14 abgetastet werden. Dieses Abtastglied kann gleichzeitig auch als Umdrehungstaktgeber dienen (die entsprechenden Signalpunkte entlang des Rohrumfanges hierfür wurden nicht dargestellt).

Von einer Verschiebung des Teststückes kann man absehen, wenn in Längsrichtung des Teststückes mehrere gleiche Testfehler 12 vorgesehen werden, deren Abstände denjenigen der Prüfköpfe Pk[tief]1, Pk[tief]2 und Pk[tief]3 entsprechen.

Die Genauigkeit des oben beschriebenen Empfindlichkeitsabgleiches kann dadurch erhöht werden, daß bei Verwendung des gleichen Teststückes 1 die Grundempfindlichkeit mehrere Male nacheinander bestimmt, die entsprechenden Werte gespeichert, durch Mittelwertbildung dann eine mittlere Grundempfindlichkeit errechnet und dem weiteren Abgleich zugrunde gelegt wird.

Durch Vergleich der einzelnen Grundempfindlichkeiten kann außerdem ermittelt werden, ob zufällige Fehler (beispielsweise Wasserblasen zwischen Prüfkopf und Teststück) die zu ermittelnde Grundempfindlichkeit verfälschen. Dieses wird z.B. dann vermutet, wenn die Differenz zwischen zwei nacheinander ermittelten Werten der Grundempfindlichkeit größer als ein vorgegebener Grenzwert ist.

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Claims (9)

1. Verfahren zur automatischen Einstellung einer Vielzahl gleichartiger Meßkanäle von Ultraschallanlagen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren oder Stangen auf gleiche Empfindlichkeit mit Hilfe eines Testfehler enthaltenden Teststückes, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) der Empfindlichkeitsabgleich der einzelnen Meßkanäle erfolgt bei um seine Längsachse rotierendem Teststück (1) oder bei um das Teststück (1) rotierenden, den einzelnen Meßkanälen zugeordneten Prüfköpfen (Pk[tief]1, Pk[tief]2, Pk[tief]3);

b) pro Umdrehung des Teststückes (1) um seine Längsachse bzw. pro Umdrehung jeweils eines Prüfkopfes (Pk[tief]1, Pk[tief]2, Pk[tief]3) um das Teststück (1) wird jeweils für einen Meßkanal der Maximalwert des einer bestimmten Fehlerart zugeordneten Ultraschallechosignals gemessen und gespeichert;

c) die für die einzelnen Meßkanäle ermittelten und gespeicherten Echosignale werden anschließend zur Festlegung einer allen Meßkanälen gleichen Grundempfindlichkeit verwendet;

d) aus der Differenz zwischen der Grundempfindlichkeit und den jeweils gemessenen Echosignalen wird ein für den jeweiligen Meßkanal typischer Korrekturfaktor gebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Grundempfindlichkeit entweder der arithmetische Mittelwert der gespeicherten Echosignale aller Meßkanäle oder das minimale Echosignal dieser Meßkanäle der jeweiligen Fehlerart (Innen- bzw. Außenfehler) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Empfindlichkeit der einzelnen Meßkanäle dadurch kompensiert wird, daß bei späteren Messungen an fehlerbehafteten Rohren der jeweils gemessene Echosignalwert mit dem durch den Empfindlichkeitsabgleich ermittelten Korrekturterm addiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfempfindlichkeit in Abhängigkeit zur Grundempfindlichkeit festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfindlichkeitsabgleich bei sich in Längsrichtung (Z) bewegendem Teststück (1) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des gleichen Teststückes (1) die Grundempfindlichkeit mehrere Male nacheinander bestimmt und die entsprechenden Werte gespeichert werden, und daß dann durch Mittelwertbildung eine mittlere Grundempfindlichkeit gebildet und dem Empfindlichkeitsabgleich zugrunde gelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des gleichen Teststückes (1) die Grundempfindlichkeit mehrere Male nacheinander bestimmt und die entsprechenden Werte gespeichert werden, und daß dann die einzelnen Grundempfindlichkeitswerte zur Erkennung von zufälligen Fehlern miteinander verglichen werden.

8. Teststück zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Teststückes (1) mehrere gleiche Testfehler (12) vorgesehen sind, deren Abstände denjenigen der Prüfköpfe (Pk[tief]1, Pk[tief]2, Pk[tief]3) entsprechen.

9. Teststück nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Prüfstück zur automatischen Positionserkennung Signalpunkte (13) angebracht sind.